Sự ứng xử (làm việc) khi chịu nén

2.5. Bê tông cốt sợi

2.5.2. Sự ứng xử (làm việc) khi chịu nén

(1)P Nói chung sợi làm giảm độ giòn của matrix, nhưng chúng không có ảnh hưởng đáng kể tới sự làm việc khi chịu nén.

(2) Trong thực tế, quy luật cấu trúc (constitutive law) của bê tông cốt sợi có thể được giả thiết tương đương với quy luật đó của bê tông thông thường.

2.5.2.2. Sự làm việc khi chịu kéo

(1)P Sợi cải thiện sự làm việc khi chịu kéo của hỗn hợp khi đã bị nứt, như được chỉ ra dưới dạng sơ đồ trong Hình 2-1.

HÌnh 2-1. Sự làm việc khi chịu kéo

20

(2) Với hàm lượng sợi thấp (có tỷ lệ thành phần thể tích xấp xỉ, thấp hơn 2%), sự làm việc là mềm hóa (softening)

(3) Với hàm lượng sợi lớn (có tỷ lệ thành phần thể tích cao hơn 2%), cường độ có thể cao hơn so với cường độ của riêng bê tông, vì một sự làm việc cứng hóa (hardening) gắn liền với hiện tượng nứt nhiều đường (multi-cracking) có thể xẩy ra (Hình 2-1).

(4) Cường độ chịu uốn một trục ở vết nứt đầu tiên của bê tông cốt sợi, fFt, có thể được giả thiết tương đương với cường độ đó của riêng bê tông, fct. Đối với vật liệu ứng xử mềm hóa, cường độ, , fFt , có thể được giả thiết tương đương với ứng suất tối đa (Hình 2-1).

(5) Cường độ chịu kéo một trục dư của vật liệu, fFtu (Hình 2-1), chịu ảnh hưởng đáng kể bởi tỷ lệ thể tích của sợi, Vf, bởi tỷ số co (chiều dài/đường kính), lf/df, cũng như sự dính kết giữa bê tông và cốt thép, đối với cả hai trường hợp (sự làm việc mềm hóa và cứng hóa).

Lời tuyên bố này có thể được rút ra một cách dễ dàng từ sự cân bằng theo hướng ở góc vuông có bề mặt đứt gãy, giả thiết rằng sợi song song với hướng này và đánh giá lực đặc trưng kéo giật (Q) theo công thức:

…(2.1) Trong đó:

-nf là số lượng sợi trên một đơn vị diện tích đứt gãy;

-df là đường kính tương đương của sợi;

-lb = lf/4 là độ dài liên kết truyền thống của từng sợi;

- m là ứng suất liên kết tiếp tuyến trung bình;

- là một hệ số tính đến sự định hướng thực của các sợi thép;

-Vf là tỷ lệ thể tích của các sợi;

-Af là diện tích tiết diện ngang của một sợi đơn lẻ.

Phương trình (1.1) đem lại một giá trị xấp xỉ, vì nó không đưa vào tính toán các yếu tố khác, ví dụ như, hình dạng sợi, bề mặt chung giữa sợi và bê tông, hướng đổ bê tông, kỹ thuật trộn và đầm bê tông tươi mà những thứ này ảnh hưởng tới sự phân bố và định hướng của sợi trong bê tông.

(6) Kết quả là, một cách tiếp cận theo tính năng, có khả năng nhận biết bằng thực nghiệm, đường cong chịu uốn theo cấu trúc bằng việc dùng các thử nghiệm phù hợp trên viên mẫu bê tông cốt sợi được đề xuất.

Quy luật mở ứng suất – vết nứt, , có thể được xác định thông qua các thử nghiệm uốn hoặc kéo một trục.

21

Thử nghiệm kéo một trục cung cấp một cách trực tiếp quy luật và có thể được thực hiện theo UNI 11188.

Đối với vật liệu ứng xử mềm hóa, việc thực hiện thử nghiệm này là không đơn giản. Vì thế thử nghiệm uốn có thể được thực hiện theo UNI 11039 (Hình 2-2).

Trong trường hợp này, ứng suất danh định được đánh giá với giả thiết về sự ứng xử (làm việc) đàn hồi của viên mẫu (với sự tham khảo ở HÌnh 2-2: ).

HÌnh 2-2. Thử nghiệm uốn 4 điểm như được đề xuất trong UNI 11039.

(7) Quy luật , rút ra được từ một thử nghiệm uốn và được thực hiện bằng cách sử dụng những quy trình được báo cáo trong Phụ lục A, có thể được sử dụng một cách trực tiếp để phân tích bộ phận kết cấu chịu uốn.

Với những bộ phận chịu kéo đơn giản, cường độ phải được giảm xuống thông qua một hệ số tương đương với 0.7.

Khi một viên mẫu được cắt khấc/có khía (notched) có một sự ứng xử cứng hóa sinh ra từ một thử nghiệm chịu uốn, thử nghiệm này phải được lặp lại trên một viên mẫu không cắt khấc (có khía) nhằm thẩm định lại độ dẻo dai (ductility) thực tế.

Thử nghiệm uốn trên một viên mẫu không cắt khấc cũng cần được thực hiện trên các cấu kiện thành mỏng (thin walled elements) chịu uốn nhằm đưa vào tính toán những biến số đáng kể chẳng hạn như hướng đổ bê tông, kỹ thuật trộn hỗn hợp, và hiệu ứng thành tường/wall effect (Phụ lục A).

(8) Cường độ sau khi nứt có thể được định rõ trên cơ sở các giá trị điểm, fi, tương ứng với giá trị danh nghĩa đã quy định của sự mở rộng vết nứt, hoặc dựa trên các giá trị trung bình, feqi, được tính toán cho các khoảng cách mở vết nứt đã chỉ định (Hình 2-3). Khi một viên mẫu cắt khấc được xem xét, sự mở

22

rộng vết nứt có thể được giả thiết theo cách truyền thống là tương đương với sự chuyển vị giữa 2 điểm ở đỉnh khía (notch tip), CTOD.

Hình 2-3. Định nghĩa điểm và cường độ dư trung bình.

(9) Hai quy luật cấu trúc mở rộng vết nứt - ứng suất đã đơn giản hóa có thể rút ra được trên cơ sở kết quả thử nghiệm chịu uốn: một sự ứng xử sau nứt tuyến tính (cứng hóa hoặc mềm hóa) hoặc một sự ứng xử cứng đàn hồi, như đã được chỉ ra theo kiểu sơ đồ ở HÌnh 2-4. Trong trường hợp thứ hai, fFts đại diện cho cường độ dư theo khả năng phục vụ, được định nghĩa dưới dạng cường độ sau vết nứt (sau nứt) đối với việc mở rộng vết nứt xét theo (trạng thái giới hạn về) khả năng phục vụ, trong khi đó thì fFtu đại diện cho cường độ dư cực hạn (ultimate).

Hình 2-4. Các quy luật cấu trúc đã đơn giản hóa: sự mở rộng vết nứt –khi kéo

23

(10) Các ứng suất, fFts e fFtu, đặc trưng 2 mô hình này có thể được đánh giá thông qua quy trình đã được báo cáo trong Phụ lục A.

(11) Khi xem xét một loại vật liệu ứng xử mềm hóa, giá trị mở rộng vết nứt cực hạn, , của quy luật cấu trúc không thể nào lớn hơn được giá trị tối đa bằng 3mm đối với bộ phận chịu uốn, và bằng 1.5mm, đối với bộ phận chịu kéo.

(12) Khi vật liệu ứng xử mềm hóa được xem xét, và sự nứt nhiều (multi-cracking) xẩy ra, việc nhận biết sự mở rộng vết nứt là không cần thiết vì một quy luật ứng suất – biến dạng có thể được sử dụng trực tiếp, như được chỉ rõ sau này.

(13) Các phương pháp thay thế phức tạp hơn, được đề xuất trong tài liệu, có thể được sử dụng miễn là chúng có hiệu lực (được phê chuẩn).

2.5.2.3. Quy luật cấu trúc ứng suất – biến dạng

Các quy luật cấu trúc được đề xuất trước đây được biểu thị theo ứng suất và biến dạng

(1) Khi xem xét vật liệu ứng xử mềm hóa, định nghĩa về quy luật ứng suất – biến dạng là dựa trên sự nhận biết về chiều rộng mở rộng vết nứt (crack opening width) cũng như chiều dài đặc trưng tương ứng lcs của bộ phận kết cấu. Vì thế, biến dạng có thể được giả thiết là tương đương với:

(2.2)

Chiều dài đặc trưng lcs có thể được đánh giá với sự có mặt của một (loại) cốt thép truyền thống thông qua các phương trình (2.3) và (2.4) sau đây:

Trong đó:

- srm là giá tri khoảng cách trung bình giữa các vết nứt;

- y là khoảng cách giữa trục trung hòa và phía (mặt) chịu kéo cực hạn của tiết diện ngang, được đánh giá trong giai đoạn bị nứt đàn hồi không có cường độ chịu kéo của sợi được dùng làm cốt;

- là một hệ số kích thước tương đương với 1.0 khi lf/df <50, tương đương với 50. lf/df khi 50≤ lf/df ≤ 100 và tương đương với ẵ khi lf/df > 100;

- df là đường kính sợi;

- lf là chiều dài sợi;

- ỉ là đường kớnh thanh thộp (khi cỏc thanh/sợi khỏc nhau được sử dụng trong một tiết diện, giỏ trị trung bình chất tải mang đặt lên tiết diện ngang của từng thanh có thể được sử dụng. Câu này Tây viết lủng củng quá, khó dịch, Huy – 21/1/2014).

- k1 bằng 0.8 với thanh có liên kết cao (gờ/gân/móc), 1.6 đối với thanh trơn/nhẵn;

24

- k2 bằng 0.5 với trường hợp uốn thuần túy hoặc phức hợp khi y≤ h, bằng 1.0 khi chịu kéo nếu y >h;

- h là chiều cao tiết diện;

- là tỷ lệ cốt hình quạt (geometric reinforcement ratio) trong phạm vi tiết diện chịu kéo hiệu quả, được định nghĩa bằng khoảng cách y.

Trong trường hợp tiết diện không có cốt thép (theo) truyền thống, chịu uốn, các lực kéo-uốn và uốn-nén pháp tuyến được phối hợp có lực tổng hợp nằm ngoài tiết diện, y=h được giả thiết.

(2) Những phương thức được kể ra ở trên, hữu ích cho việc thu được chiều dài đặc trưng, được kết nối với mô hình dầm tiết diện phẳng . Với một mô hình hình ảnh khác, (ví dụ như, phương pháp phần tử hữu hạn), những phương thức này phải được xác định lại.

(3) Khi xem xét một vật liệu ứng xử cứng hóa, sự nứt nhiều đường xẩy ra. Vì thế, một biến dạng trung bình có thể thu được một cách trực tiếp từ các thử nghiệm thực nghiệm, hữu ích trong việc nhận biết các tham số cấu trúc. Giá trị biến dạng cực hạn được giả thiết tương đương với 1%.

(4) Cuối cùng, sự ứng xử ứng suất - biến dạng khi kéo có thể được giả thiết như đã chỉ ra ở HÌnh 2-5, sử dụng các tham số được báo cáo trong Phụ lục A.

HÌnh 2-5. Quy luật ứng suất – biến dạng.

(5) Mô hình đơn giản hóa (Hình 2-6), tương ứng với quy luật mở rộng vết nứt khi chịu kéo được chỉ ra ở Hình 2-4, có thể được sử dụng.

Hình thứ nhất là dựa vào cường độ dư tương đương theo (trạng thái giới hạn) khả năng phục vụ và (giới hạn) cực hạn.

Hình thứ 2, mô hình dẻo cứng, là dựa vào một giá trị phù hợp của cường độ dư theo (trạng thái) cực hạn.

Những quy luật này chỉ liên quan đến cường độ dư sau khi nứt (residual post-cracking strengths).

25

Hình 2-6. Các quy luật cấu trúc ứng suất – biến dạng đã đơn giản hóa.

2.5.2.4. Mô đun đàn hồi

(1) Mô đun đàn hồi nói chung không bị ảnh hưởng bởi (cốt) sợi, vì thế nó có thể được giả thiết tương đương với mô đun đàn hồi của chất gốc (bê tông hoặc vữa).