Luận án ứng dụng cốt polyme sợi thủy tinh cho bản mặt cầu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN VĂN NGÔN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU CỐT THANH POLYME SỢI THỦY TINH CHO KẾT CẤU BẢN MẶT CẦU TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN VĂN NGÔN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VẬT LIỆU CỐT THANH POLYME SỢI THỦY TINH CHO KẾT CẤU BẢN MẶT CẦU TRÊN ĐƯỜNG Ô TÔ Ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình đặc biệt Mã số: 9580206 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS. Nguyễn Viết Trung PGS. Phạm Duy Anh HÀ NỘI - 2022 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .I LỜI CAM ĐOAN. II DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU.

III DANH MỤC CÁC BẢNG. VI DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. VIII MỞ ĐẦU. Lý do chọn đề tài.

Mục đích nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án.

Cấu trúc của luận án. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU CỐT THANH POLYME SỢI THỦY TINH VÀ CÁC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRONG KẾT CẤU BẢN MẶT CẦU5 1. Khái quát về vật liệu cốt sợi polyme (FRP). Ưu, nhược điểm của thanh GFRP.

Lịch sử phát triển. Các tính chất cơ lý đặc trưng của vật liệu GFRP. Các tính chất vật lý. Các tính chất cơ học.

Ứng xử phụ thuộc thời gian. Ảnh hưởng của nhiệt độ cao và lửa. Các vật liệu thành phần của thanh GFRP và phương pháp chế tạo. Thành phần vật liệu thanh GFRP.

Phương pháp chế tạo vật liệu thanh GFRP. Độ bền của thanh GFRP. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của thanh GFRP. Phương pháp nghiên cứu về độ bền.

Khái quát các nghiên cứu và ứng dụng cốt thanh GFRP. Khái quát về các tiêu chuẩn, chỉ dẫn thiết kế hiện hành. Một số nghiên cứu về ứng xử uốn của kết cấu bê tông cốt thanh GFRP. Một số nghiên cứu sử dụng cốt thanh FRP cho kết cấu bản mặt cầu.

Ứng dụng của cốt thanh FRP. Định hướng nghiên cứu. Nhận xét về các kết quả nghiên cứu đã có. Các vấn đề đề tài tập trung nghiên cứu.

46 Kết luận chương 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ KẾT CẤU BẢN MẶT CẦU BÊ TÔNG CỐT THANH POLYME SỢI THỦY TINH. Các giả thiết và tính chất thiết kế của thanh GFRP. Các tính chất thiết kế của thanh GFRP.

Lý thuyết thiết kế kết cấu bản mặt cầu cốt thanh GFRP theo hướng dẫn của AASHTO LRFD. Các trạng thái giới hạn .2 Các nghiên cứu thiết kế. Thiết kế chịu uốn. Thiết kế chịu cắt.

Bố trí chi tiết cốt. Triển khai và mối nối cốt. Trình tự thiết kế bản mặt cầu cốt thanh GFRP theo AASHTO LRFD 2018. Phương pháp thiết kế bản mặt cầu cốt thanh GFRP theo Tiêu chuẩn Thiết kế cầu của Canada (CAN/CSA S6.

Tính toán bản mặt cầu sử dụng phương pháp thiết kế uốn. Cơ sở thiết kế bản mặt cầu sử dụng phương pháp kinh nghiệm. Đánh giá các công thức dùng trong tính toán khả năng chịu tải của kết cấu bản mặt cầu bê tông cốt GFRP. Khái quát về các công thức dự báo.

Đánh giá các công thức dự báo. So sánh thiết kế kết cấu bản mặt cầu khi sử dụng cốt thanh GFRP thay thế cốt thép. 82 Kết luận chương 2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM KẾT CẤU BẢN MẶT CẦU BÊ TÔNG CỐT THANH POLYME SỢI THỦY TINH.

Các cơ sở tiến hành thí nghiệm. Mục đích của thí nghiệm. Lựa chọn mô hình thí nghiệm. Công tác chuẩn bị thí nghiệm.

Thiết bị thí nghiệm. Mẫu thí nghiệm. Bố trí các thiết bị đo đạc. Phương pháp tiến hành thí nghiệm.

Trình tự thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm và phân tích. Cường độ bê tông. Mô hình phá hoại và dạng vết nứt.

Biến dạng của bê tông và cốt. Ứng xử võng - Biểu đồ quan hệ giữa tải trọng và độ võng. Phân tích đánh giá kết quả thực nghiệm. So sánh kết quả thực nghiệm với các công thức lý thuyết.

Phân tích ứng xử của kết cấu bản thí nghiệm bằng phương pháp PTHH 103 Kết luận chương 3. PHÂN TÍCH THIẾT KẾ KẾT CẤU BẢN MẶT CẦU BÊ TÔNG CỐT THANH POLYME SỢI THỦY TINH. Nghiên cứu so sánh các các phương pháp thiết kế bản mặt cầu. Tính toán thiết kế bản mặt cầu cốt GFRP theo các phương pháp.

So sánh khối lượng vật liệu tính theo hai phương pháp. Phân tích hiệu quả ứng dụng cốt thanh GFRP thay thế cốt thép trong kết cấu bản mặt cầu. Số liệu tính toán. Tính toán nội lực.

Tính toán khối lượng vật liệu cốt. So sánh chi phí vật liệu cốt. Phân tích hiệu quả ứng dụng cốt thanh GFRP thay thế cốt thép khi xét đến chi phí vòng đời. Phân tích chi phí vòng đời.

Một số kiến nghị khi áp dụng tiêu chuẩn thiết kế cầu TCVN 11823: 2017 đối với kết cấu bản mặt cầu bê tông cốt thanh GFRP. Các nội dung tương ứng với Phần 5 - kết cấu bê tông [2]. Các nội dung về kết cấu bản mặt cầu [2]. 128 Kết luận chương 4.

128 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. Những kết quả đạt được của luận án. Những đóng góp mới của luận án. Hạn chế của đề tài.

Kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo. 131 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ. 132 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 143 i LỜI CẢM ƠN Luận án này được thực hiện tại Bộ môn Công trình giao thông thành phố và Công trình thủy, Khoa Công trình, Trường Đại học Giao thông vận tải dưới sự hướng dẫn của cố GS.

Nguyễn Viết Trung và PGS. Phạm Duy Anh. Tác giả luận án xin bày tỏ lòng tri ân sâu sắc tới cố GS. Nguyễn Viết Trung và xin cảm ơn PGS.

Phạm Duy Anh đã tận tình hướng dẫn khoa học trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giáo trong Bộ môn Công trình giao thông thành phố và Công trình thủy - Trường Đại học Giao thông vận tải đã động viên, giúp đỡ và tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn phòng Đào tạo sau đại học trường Đại học Giao thông vận tải đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập tại trường. Tôi xin trân trọng cảm ơn Phòng Thí nghiệm vật liệu xây dựng, Trung tâm Khoa học công nghệ Giao thông vận tải - Trường Đại học Giao thông vận tải đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi thực hiện các nghiên cứu thực nghiệm.

Cuối cùng tôi bày tỏ cảm ơn các đồng nghiệp, gia đình và người thân đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu. Mặc dù đã cố gắng hoàn thành luận án với tất cả nỗ lực của bản thân, nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong quý Thầy, Cô tận tình chỉ bảo. Trân trọng cảm ơn. Hà Nội, Ngày 15 tháng 11 năm 2022 Tác giả Nguyễn Văn Ngôn ii LỜI CAM ĐOAN Tác giả luận án xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả.

Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Tác giả Nguyễn Văn Ngôn iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, KÝ HIỆU Tiếng Anh AASHTO: American Association of State Highway and Transportation Officials (Hiệp hội các Viên chức Đường bộ và Vận tải Mỹ) ACMA: American Composites Manufacturers Association (Hiệp hội các nhà sản xuất vật liệu composit Mỹ) ACI: American Concrete Institute (Viện Bê tông Mỹ ) AFRP: Aramid Fiber Reinforced Polymers (Pôlime gia cường cốt sợi Aramid) ASCE: American Society of Civil Engineers (Hội kỹ sư Xây dựng Mỹ) ASTM: Hiệp hội Thí nghiệm và Vật liệu Mỹ (American Society for Testing and Materials) BSI: British Standards Institution (Viện Tiêu chuẩn Anh) CMA Compressive Membrane Action (Tác động màng nén) CSA: Canada Standards Association (Hiệp hội tiêu chuẩn Canada) CFRP: Cacbon Fiber Reinforced Polymers (cốt polyme sợi các bon) fib: International Federation for Structural Concrete (Liên đoàn kết cấu bê tông quốc tế) FRP: Fiber Reinforced Polymers (cốt sợi polyme) GFRP: Glass Fiber Reinforced Polymers (cốt polyme sợi thủy tinh) ISIS: Intelligent Sensing for Innovative Structures (Quan trắc thông minh cho kết cấu tiên tiến) IstructE: Institution of Structural Engineers (Tổ chức các kỹ sư kết cấu) iv JSCE: Japan Society of Civil Engineers (Hội kỹ sư Xây dựng Nhật Bản) LRFD: Load and resistance factor design (Thiết kế theo hệ số sức kháng và hệ số tải trọng) UHPC: Ultra-High Performance Concrete (Bê tông tính năng siêu cao) Tiếng Việt BTCT: Bê tông cốt thép TTGH: Trạng thái giới hạn Các ký hiệu beff - chiều rộng hữu hiệu của dải bản, (mm) b0.5 - chu vi của tháp chọc thủng ở độ sâu 0,5d tính từ bề mặt chịu tải, (mm) b1.5 - chu vi của tháp chọc thủng ở độ sâu 1,5 d tính từ bề mặt chịu tải, (mm) cx - chiều rộng vệt tải song song với nhịp bản, (mm) cy - chiều rộng vệt tải vuông góc với nhịp bản, (mm) d - chiều cao hữu hiệu của bản, (mm) d1 - nửa chiều cao vòm nén, (mm) Ec - mô đun đàn hồi của bê tông, (MPa) Ef - mô đun đàn hồi của cốt GFRP, (MPa) f’c - cường độ chịu nén của mẫu trụ bê tông, (MPa) fcu - cường độ chịu nén của bê tông mẫu lập phương cạnh 100 mm, (MPa) f’fu - cường độ chịu kéo giới hạn của cốt GFRP, (MPa) ffd - cường độ chịu kéo thiết kế của cốt GFRP, (MPa) fr - Cường độ kéo đứt của thanh GFRP, (MPa) k - tỷ số giữa chiều sâu trục trung hòa và chiều sâu cốt Kb - độ cứng chịu uốn phẳng tương đương của dầm đỡ Kd - độ cứng của dầm ngang và bản v Kr - độ cứng tổng hợp của liên kết kt - hệ số nội suy mô men Ktor - độ cứng chống xoắn tương đương của dầm đỡ Ma - sức kháng mô men do hiệu ứng vòm, (N.mm) Mb - sức kháng mô men uốn, (N.