Luận án tiến sĩ: Ứng xử chịu uốn và chịu cắt kết cấu sandwich bê tông cốt lưới dệt - Vũ Văn Hiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI VŨ VĂN HIỆP NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CHỊU UỐN VÀ CHỊU CẮT CỦA KẾT CẤU SANDWICH BẰNG BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT VÀ BÊ TÔNG NHẸ DẠNG PANEL SÀN LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI, 2023 n BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI VŨ VĂN HIỆP NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CHỊU UỐN VÀ CHỊU CẮT CỦA KẾT CẤU SANDWICH BẰNG BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT VÀ BÊ TÔNG NHẸ DẠNG PANEL SÀN LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH ĐẶC BIỆT MÃ SỐ: 9580206 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. Ngô Đăng Quang PGS. Nguyễn Thị Tuyết Trinh HÀ NỘI- 2023 n LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Các kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong các công trình khác.

Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. Hà Nội, Ngày tháng năm 2023 Tác giả Vũ Văn Hiệp i n LỜI CẢM ƠN Luận án Tiến sĩ với đề tài “Nghiên cứu ứng xử chịu uốn và chịu cắt của kết cấu sandwich bằng bê tông cốt lưới dệt và bê tông nhẹ dạng panel sàn” được thực hiện tại trường Đại học Giao thông vận tải. Tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. Ngô Đăng Quang và PGS.

Nguyễn Thị Tuyết Trinh đã hướng dẫn tận tình, hết lòng giúp đỡ trong quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện luận án. Tôi xin cảm ơn các quý Thầy giáo, Cô giáo trong Bộ môn Công trình Giao thông thành phố và Công trình thủy đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình học tập và nghiên cứu, cũng như trong các hoạt động chuyên môn. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Giao thông vận tải, Phòng Đào tạo Sau đại học trường Đại học Giao thông vận tải đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn lãnh đạo Khoa Kỹ thuật xây dựng, Bộ môn Kết cấu xây dựng đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tôi thực hiện luận án.

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn những người thân, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn bên tôi, động viên tôi hoàn thành luận án này. Hà Nội, Ngày tháng năm 2023 Tác giả Vũ Văn Hiệp ii n MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. II MỤC LỤC .III DANH MỤC BẢNG BIỂU. VI DANH MỤC HÌNH ẢNH.

VIII DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU. XII MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU .1 Kết cấu sandwich và ứng dụng trong công trình xây dựng .1 Giới thiệu về kết cấu sandwich .2 Ứng xử của kết cấu sandwich khi chịu lực.3 Ứng dụng kết cấu sandwich trong xây dựng .2 Bê tông cốt lưới dệt .1 Vật liệu bê tông cốt lưới dệt .2 Ứng xử chịu kéo của tấm bê tông cốt lưới dệt .3 Tính chất dính bám bề mặt giữa lớp vỏ BTCLD và các vật liệu làm lớp lõi trong kết cấu sandwich .3 Bê tông nhẹ .1 Giới thiệu về bê tông nhẹ .2 Tính chất cơ học của bê tông nhẹ sử dụng cốt liệu nhẹ .4 Tổng quan về kết cấu sandwich có lớp vỏ bằng bê tông cốt lưới dệt .1 Các nghiên cứu về kết cấu sandwich có lớp vỏ bằng BTCLD .2 Các mô hình tính toán sức kháng cho kết cấu sandwich .3 Ứng dụng BTCLD và vật liệu nhẹ trong kết cấu sandwich .5 Định hướng và nội dung nghiên cứu .33 CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CẤU TẠO VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH ỨNG XỬ CHỊU UỐN, CHỊU CẮT CỦA KẾT CẤU SANDWICH BẰNG BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT - BÊ TÔNG NHẸ .1 Mục đích nghiên cứu .2 Đề xuất cấu tạo cho kết cấu sandwich bằng bê tông cốt lưới dệt và bê tông nhẹ dạng panel, làm kết cấu sàn trong công trình xây dựng.1 Vật liệu được sử dụng làm lớp vỏ cho kết cấu sandwich .2 Vật liệu được sử dụng làm lớp lõi cho kết cấu sandwich .3 Kích thước của mặt cắt kết cấu sandwich .3 Xây dựng mô hình xác định ứng xử chịu uốn của kết cấu sandwich bằng BTCLD và BTN-K .1 Phương pháp xác định khả năng chịu uốn của mặt cắt sandwich .2 Sức kháng uốn của kết cấu sandwich .3 Xây dựng mô hình dự đoán sự hành thành và phát triển vết nứt trong kết cấu sandwich bằng BTCLD và BTN-K khi chịu uốn .4 Xác định độ cứng chống uốn của kết cấu sandwich bằng BTCLD và BTN-K .4 Nghiên cứu xây dựng mô hình tính sức kháng cắt của kết cấu sandwich bằng BTCLD và BTN-K theo phương pháp sơ đồ hệ thanh .1 Sức kháng cắt của dầm .2 Phương pháp sơ đồ hệ thanh .3 Mô hình hoá kết cấu sandwich bằng BTCLD và BTN-K theo phương pháp sơ đồ hệ thanh .4 Sức kháng của thanh nén .5 Sức kháng của thanh kéo .6 Sức kháng của nút ở vị trí gối đỡ .7 Sức kháng của nút ở vị trí tác dụng tải trọng .5 Kết luận chương .76 CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH ỨNG XỬ CHỊU UỐN VÀ ỨNG XỬ CHỊU CẮT CỦA KẾT CẤU SANDWICH BẰNG BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT VÀ BÊ TÔNG NHẸ .1 Mục đích nghiên cứu .2 Nghiên cứu xác định đặc trưng cơ học của vật liệu .1 Bê tông hạt mịn .2 Bê tông nhẹ .3 Cốt lưới dệt .4 Ứng xử dính bám giữa cốt lưới dệt và bê tông hạt mịn.5 Ứng xử dính bám giữa bê tông hạt mịn và bê tông nhẹ .3 Nghiên cứu thực nghiệm xác định ứng xử chịu uốn và ứng xử chịu cắt của kết cấu sandwich bằng BTCLD và BTN-K .1 Phương pháp thí nghiệm.2 Thiết kế mẫu thí nghiệm .3 Chế tạo mẫu thí nghiệm.4 Thiết bị đo và quy trình thí nghiệm .5 Kết quả thí nghiệm .4 Kết luận chương .105 CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT CÁC THAM SỐ VÀ THIẾT KẾ KẾT CẤU SANDWICH DẠNG PANEL ỨNG DỤNG CHO KẾT CẤU SÀN .1 Mục đích nghiên cứu .2 Khảo sát các tham số ảnh hưởng theo phương pháp giải tích .1 Khảo sát tham số chiều dày của các lớp vật liệu trên mặt cắt sandwich .2 Khảo sát tham số cường độ lớp lõi BTN-K.3 Khảo sát các tham số ảnh hưởng theo phương pháp PTHH .1 Nghiên cứu mô phỏng .2 Khảo sát các tham số ảnh hưởng bằng phần mềm ATENA .4 Thiết kế kết cấu sandwich bằng BTCLD và BTN-K dạng panel làm kết cấu sàn trong công trình xây dựng .1 Thiết kế kết cấu sàn có nhịp 3 m.2 Thiết kế kết cấu sàn có nhịp 4 m; 5 m; 6 m.5 Kết luận chương .128 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .129 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ .131 TÀI LIỆU THAM KHẢO .132 v n DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thành phần của các hỗn hợp BTHM do Brockmann đề xuất [74] .2 Thành phần BTHM được đề xuất bởi Lê Minh Cường [4] .3 Thành phần cấp phối bê tông nhẹ được đề xuất bởi Đặng Thùy Chi [2] .1 Thành phần cấp phối BTHM (đơn vị kg/m3) .2 Thành phần cấp phối hạt của cát quartz [4] .3 Lượng lọt sàng (%) của bột Quartz nghiền .4 Kết quả thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của BTHM (đơn vị MPa) .5 Kết quả thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo khi uốn của BTHM (đơn vị MPa) .6 Giá trị mô đun đàn hồi của BTHM.7 Thành phần cấp phối BTN-K .8 Thành phần cấp phối hạt Keramzit.9 Kết quả thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của BTN-K (đơn vị MPa) .10 Kết quả xác định cường độ chịu kéo khi ép chẻ của BTN-K (đơn vị MPa) .11 Giá trị mô đun đàn hồi của BTN-K .12 Đặc trưng cơ học của cốt lưới dệt các bon theo cung cấp của nhà sản xuất .13 Kết quả thí nghiệm dính bám giữa BTCLD và BTN .14 Kích thước chi tiết của các mẫu panel sandwich (đơn vị: mm) .15 Mô men uốn của mặt cắt sandwich theo mô hình lý thuyết .16 Sức kháng cắt của kết cấu sandwich tính theo sức kháng thanh kéo .17 Sức kháng cắt của kết cấu sandwich tính theo sức kháng thanh nén .18 Sức kháng cắt của kết cấu sandwich tính theo sức kháng của nút gối đỡ .19 Sức kháng cắt của kết cấu sandwich tính theo sức kháng của nút đặt tải .20 Sức kháng cắt của kết cấu sandwich bằng BTCLD và BTN-K tính theo lý thuyết .21 Kết quả dự đoán khoảng cách vết nứt trong kết cấu sandwich chịu uốn .22 Kết qủa lực và độ võng ở giữa nhịp của thí nghiệm uốn 4 điểm .23 Mô men gây nứt và mô men uốn cho mẫu sandwich được xác định bằng thực nghiệm.24 So sánh tải trọng và mô men uốn của panel theo mô hình lý thuyết và thực nghiệm với sơ đồ uốn 4 điểm .25 So sánh khoảng cách vết nứt tính theo mô hình lý thuyết và thực nghiệm .26 Lực lớn nhất của các dầm sandwich thí nghiệm (đơn vị kN) .27 So sánh sức kháng cắt theo lý thuyết và thực nghiệm của kết cấu sandwich .1 Kết quả khảo sát kết cấu sandwich với tham số là chiều dày các lớp vật liệu .2 Kết quả khảo sát kết cấu sandwich với tham số BTN-K thay đổi .3 Kết quả tính sức kháng cắt của kết cấu sandwich khi thay đổi BTN-K .4 Thông số của vật liệu BTHM và BTN-K .5 So sánh giá trị lực lớn nhất của các mẫu SW giữa mô phỏng và thực nghiệm .6 So sánh kết quả khảo sát chiều dày lớp vỏ theo phương pháp giải tích và PTHH .7 Giá trị lực lớn nhất gây phá hoại cho các mô hình khi BTN-K thay đổi .8 So sánh kết quả khảo sát cường độ BTN-K theo phương pháp giải tích và PTHH .9 Tải trọng thường xuyên của kết cấu sandwich .10 Hoạt tải sử dụng của sàn phòng ở .11 Sức kháng của mặt cắt sandwich có chiều cao 100 mm .12 Sức kháng của mặt cắt sandwich có chiều cao 100 mm và 120 mm .13 Độ võng của kết cấu sàn nhịp 3 m.14 Tổng hợp kết quả sức kháng của kết cấu sandwich nhịp 3 m .15 Tổng hợp độ võng giữa nhịp của kết cấu sandwich nhịp 3 m .16 Tổng hợp kết quả sức kháng của kết cấu sandwich nhịp 4 m .17 Tổng hợp độ võng giữa nhịp của kết cấu sandwich nhịp 4 m .18 Tổng hợp kết quả sức kháng của kết cấu sandwich nhịp 5 m .19 Tổng hợp độ võng giữa nhịp của kết cấu sandwich nhịp 5 m .20 Tổng hợp kết quả sức kháng của kết cấu sandwich nhịp 6 m .21 Tổng hợp độ võng giữa nhịp của kết cấu sandwich nhịp 6 m .22 Tổng hợp các loại panel đúc sẵn bằng kết cấu sandwich sử dụng làm kết cấu sàn phòng ở trong công trình xây dựng .