Luận án nghiên cứu UHPFRC trên bản thép trực hướng - Đặng Văn Sỹ, ĐH Giao thông vận tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐẶNG VĂN SỸ NGHIÊN CỨU LỚP MẶT CẦU BẰNG BÊ TÔNG TÍNH NĂNG SIÊU CAO GIA CƯỜNG CỐT SỢI THÉP (UHPFRC) TRÊN BẢN THÉP TRỰC HƯỚNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐẶNG VĂN SỸ NGHIÊN CỨU LỚP MẶT CẦU BẰNG BÊ TÔNG TÍNH NĂNG SIÊU CAO GIA CƯỜNG CỐT SỢI THÉP (UHPFRC) TRÊN BẢN THÉP TRỰC HƯỚNG Ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình đặc biệt Mã số: 62.06 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS. Phạm Duy Hữu TS. Trần Việt Hùng HÀ NỘI, 2017 i LỜI CÁM 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 GS. Phạm Duy Hữu và TS.

Trần Việt Hùng. Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết hơn sâu sắc tới GS. Phạm Duy Hữu và TS. Trần Việt Hùng đã tận tình hướng dẫn khoa học trong suốt quá trình thực hiện luận án.

Tôi xin chân thành cám 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 cám 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 Bộ môn Vật liệu xây dựng, 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.

Hà Nội, ngày 05 tháng 9 năm 2017 Tác giả Đặng Văn Sỹ 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 Đặng Văn Sỹ iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.

ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC BẢNG .1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG TÍNH NĂNG SIÊU CAO GIA CƯỜNG CỐT SỢI VÀ CÁC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRÊN BẢN THÉP TRỰC HƯỚNG. Thành phần, tính năng của UHPFRC. Thành phần của UHPFRC.

Tính năng cơ học của UHPFRC. Tính năng về độ bền của UHPFRC. Mô hình ứng xử uốn thiết kế của UHPFRC. Chỉ dẫn thiết kế UHPFRC của AFGC [23]:.

Chỉ dẫn của Hội kỹ sư xây dựng Nhật bản JSCE [65]. Chỉ dẫn thiết kế của Australia. Hướng dẫn tính toán ở Mỹ. Các nghiên cứu trong nước.

Lớp phủ mặt cầu bản thép trực hướng bằng bê tông cốt sợi. Giới thiệu về mặt cầu trực hướng và lớp phủ mặt cầu. Ứng dụng mặt cầu trực hướng. Các hư hỏng của mặt cầu thép trực hướng.

Các mô hình sử dụng lớp phủ mặt cầu bằng bê tông cốt sợi. Các nghiên cứu về lớp phủ bê tông cốt sợi trên bản thép trực hướng. Xác định vấn đề nghiên cứu của Luận án. Các vấn đề đề tài tập trung nghiên cứu.

Kết luận chương 1. 39 iv CHƯƠNG 2 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH NĂNG CỦA BÊ TÔNG TÍNH NĂNG SIÊU CAO GIA CƯỜNG CỐT SỢI. Vật liệu chế tạo. Phụ gia siêu dẻo.

Thiết kế thành phần UHPFRC-V. Mục tiêu thiết kế thành phần UHPFRC-V. Phương pháp thiết kế dựa trên lý thuyết tối ưu độ đặc. Tính toán lựa chọn hỗn hợp bê tông.

Chế tạo UHPFRC-V.Thành phần cấp phối cho một mẻ trộn .Trình tự và thời gian trộn. Bảo dưỡng bê tông. Nội dung và số lượng mẫu thí nghiệm. Thí nghiệm xác định tính năng cơ học của UHPFRC-V.

Phương pháp thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm. Xác định ứng xử kéo uốn của UHPFRC-V. Phân tích ngược xác định ứng xử kéo uốn của UHPFRC-V.

Mô hình ứng xử kéo uốn của UHPFRC-V:. Mô hình ứng xử nén của UHPFRC-V. Phân tích bằng phương pháp PTHH. Kết luận chương 2.

75 v CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ UỐN ÂM CỦA UHPFRC- V TRÊN BẢN THÉP. Mô hình ứng dụng UHPFRC-V trên mặt cầu trực hướng. Lựa chọn mô hình thí nghiệm. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm.

Vật liệu chế tạo. Chế tạo mẫu thí nghiệm. Phương pháp và trình tự thí nghiệm. Thiết bị thí nghiệm.

Chuẩn bị mẫu thí nghiệm:. Tiến trình thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm. Quan sát ứng xử của mẫu bằng trực quan.

Biểu đồ tải trọng - biến dạng kéo lớn nhất của UHPFRC-V. Biểu đồ tải trọng - độ võng:. Quan hệ tải trọng - bề rộng vết nứt. Quan hệ giữa tải trọng - biến dạng mặt bên của mẫu.

Mô hình ứng xử uốn của UHPFRC-V trên bản thép. Phân tích ngược bằng phương pháp giải tích. Kiểm chứng mô hình bằng phương pháp phần tử hữu hạn. Kết luận chương 3.

108 CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH ỨNG XỬ KẾT CẤU BẢN THÉP TRỰC HƯỚNG CÓ LỚP PHỦ BẰNG UHPFRC-V. Cơ chế ứng xử cơ học, phương pháp tính toán, phân tích kết cấu OSD. Các cơ chế ứng xử của kết cấu OSD. Phương pháp phân tích kết cấu mặt cầu thép trực hướng.

Các trạng thái giới hạn. Trạng thái giới hạn mỏi. Trạng thái giới hạn của UHPFRC-V [23]. Ứng xử của UHPFRC-V trên OSD bằng phương pháp giải tích.

Mô men âm trên mặt cầu trực hướng do tải trọng khai thác. Mô men gây nứt của mặt cắt. Ứng suất, biến dạng trên mặt cắt liên hợp bản thép - UHPFRC-V. Phân tích ứng xử kết cấu OSD có lớp phủ bằng UHPFRC-V.

Mục tiêu phân tích. Giới thiệu phần mềm, lựa chọn phần tử.3 Mô hình, vật liệu, điều kiện biên. Kết quả phân tích. Kết luận chương 4.

136 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. 139 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ .i TÀI LIỆU THAM KHẢO. ii vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU Tiếng Anh ACI : (American Society for Testing and Materials) Hội thí nghiệm và vật liệu Mỹ AFGC : (Association Francaise de Genie Civil) Hiệp hội Kỹ sư xây dựng Pháp; ASTM : (American Society for Testing and Materials), Hiệp hội Thí nghiệm vật liệu Mỹ CEB : (Fédération Internationale de la Précontraninte) Hiệp hội quốc tế về dự ứng lực DIN : (Deutsches Institut fyr Normung) Viện tiêu chuẩn Đức EA : (Epoxy Asphalt) Bê tông nhựa epoxy ECC : (Engineered Cementitious Composite) Bê tông có chất kết dính tổng hợp, sợi polymer FHWA : (Feleral Highway Administration) Cục đường bộ liên bang - Mỹ FRC : (Fiber Reinforced Concrete) bê tông cốt sợi; FRD : (Fibre Reinforced Densit) Bê tông cốt sợi thương mại Densit® HPC : (High Performance Concretes): Bê tông chất lượng cao JSCE : (Japan Society of Civil Engineers) Hội Kỹ sư xây dựng Nhật Bản MA : (Mastic Asphalt) Mastic nhựa OSD : (Orthotropic Steel Deck) Bản thép trực hướng RILEM : (International Union of Laboratories and Experts in Contruction Materials) Hiệp hội quốc tế các phòng thí nghiệm và chuyên gia trong lĩnh vực vật liệu xây dựng SF : (Silica fume) Muội silic SFRC : (Steel Fiber Reinforced Concrete) Bê tông cốt sợi thép UHPC : (Ultra High Performance Concretes): Bê tông tính năng siêu cao UHPFRC : (Ultra High Performance Fibre Reinforced Concrete): Bê tông tính năng siêu cao gia cường cốt sợi; ULS : (Ultimate Limit State) trạng thái giới hạn cường độ viii Tiếng Việt BQ : Bột quartz KQTN : Kết quả thí nghiệm MS : Muội silic N/X : Tỷ lệ nước trên xi măng N/CKD : Tỷ lệ nước trên chất kết dính PC : Xi măng pooc lăng PVA : Sợi Poly-Vinyl-Alcohol, Q : Quartz SD : Siêu dẻo S50 : Mẫu thử có chiều dày lớp UHPFRC-V là 50mm; S50.0 : Mẫu thử có chiều dày lớp UHPFRC-V là 50mm không bố trí cốt thép. S60 : Mẫu thử có chiều dày lớp UHPFRC-V là 60mm; S70 : Mẫu thử có chiều dày lớp UHPFRC-V là 70mm; SU1, SU2; SU3; SU4; SU4; SU5; SU6 - Ký hiệu các mẫu thử UHPFRC-V trong thí nghiệm uốn 4 điểm.

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam; ST : Sợi thép TCN : Tiêu chuẩn ngành TTGH : Trạng thái giới hạn UHPFRC-V : Bê tông tính năng siêu cao gia cường cốt sợi đề xuất của Luận án X : Xi măng Danh mục các ký hiệu  : Ký hiệu cho các giá trị biến dạng i : Biến dạng kéo ở thớ i el ; uel : Biến dạng giới hạn đàn hồi; Biến dạng giới hạn đàn hồi tính toán lim ; u,lim : Biến dạng giới hạn; biến dạng giới hạn tính toán 1% : Biến dạng1%; max : Biến dạng lớn nhất tương ứng với vị trí xuất hiện vết nứt cục bộ K : hệ số xét đến phân tán cốt sợi; Kt : Hệ số điều chỉnh kích thước mẫu chịu uốn; cf : hệ số an toàn khi tính toán; fctfk : Giá trị đặc trưng của cường độ kéo lớn nhất sau nứt fctk,el : Giá trị đặc trưng của cường độ chịu kéo giới hạn đàn hồi fctf,1%,k : Giá trị đặc trưng cường độ chịu kéo sau nứt ứng với biến dạng 1%. ix fct,fm : là ứng suất chịu kéo lớn nhất trung bình sau nứt của UHPFRC-V fcm : Cường độ chịu nén trung bình fcd : Cường độ nén thiết kế của UHPFRC fck : Cường độ chịu nén đặc trưng fc’ : Cường độ chịu nén của bê tông fct : Cường độ chịu kéo đặc trưng E : Mô đun đàn hồi tính toán Ec : Mô đun đàn hồi đặc trưng Ecm : Mô đun đàn hồi trung bình c : Hệ số tính toán của bê tông theo AFGC và EN 1992-1.1 w : Ký hiệu bề rộng vết nứt trong bê tông Leq : Chiều dài đặc trưng chuyển đổi quan hệ biến dạng - bề rộng vết nứt theo JSCE [65].