Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc dài hạn dầm bê tông cốt thép chịu chuyển vị cưỡng bức gối tựa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Nguyễn Mạnh Hùng NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC DÀI HẠN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU CHUYỂN VỊ CƯỠNG BỨC GỐI TỰA Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Mã số: 9580201 LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội – Năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Nguyễn Mạnh Hùng NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC DÀI HẠN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU CHUYỂN VỊ CƯỠNG BỨC GỐI TỰA Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Mã số: 9580201 LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1. Nguyễn Trung Hiếu 2. Ngô Thế Phong Hà Nội – Năm 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Nghiên cứu sinh Nguyễn Mạnh Hùng ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn: PGS TS. Nguyễn Trung Hiếu, GS TS. Ngô Thế Phong đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện và động viên trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả chân thành cảm ơn tập thể các Thầy, Cô Bộ môn Thí nghiệm và Kiểm định công trình, Phòng thí nghiệm LAS-XD125, Bộ môn Công trình bê tông cốt thép, Khoa Xây dựng dân dụng và công nghiệp, Khoa Đào tạo Sau đại học trường Đại học Xây dựng đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ và hướng dẫn trong suốt thời gian tác giả nghiên cứu tại Bộ môn và Khoa.

Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thành viên gia đình đã tạo điều kiện và chia sẻ những khó khăn trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Nghiên cứu sinh: Nguyễn Mạnh Hùng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. vii DANH MỤC CÁC BẢNG.ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ.

Lý do chọn đề tài nghiên cứu. Mục đích nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Cơ sở khoa học của đề tài nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu. Những đóng góp mới của luận án. Nội dung và cấu trúc của luận án.

6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG XỬ DÀI HẠN CỦA BÊ TÔNG VÀ KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP. Sự làm việc dài hạn của bê tông và kết cấu bê tông cốt thép. Từ biến của bê tông. Cơ chế vi mô của từ biến.

Thành phần của từ biến. Biểu thức từ biến. Ảnh hưởng của từ biến tới ứng xử dài hạn trên kết cấu công trình. Các yếu tố ảnh hưởng tới biến dạng từ biến bê tông.

Chùng ứng suất trên kết cấu BTCT .1 Ảnh hưởng của chùng ứng suất tới sự làm việc của kết cấu BTCT .2 Cơ chế của chùng ứng suất .3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chùng ứng suất .4 Thí nghiệm về chùng ứng suất. Mối quan hệ giữa chùng ứng suất và từ biến của bê tông. Phân tích ứng xử dài hạn của kết cấu BTCT làm việc chịu uốn dựa trên cơ sở đặc trưng đàn hồi của bê tông. Phương pháp mô đun đàn hồi hiệu quả EMM (Effective modulus method).

Phương pháp mô đun đàn hồi hiệu quả điều chỉnh theo tuổi AEMM (Age-adjusted effective modulus method) (MC 90-93: 2010). Hàm chùng ứng suất xấp xỉ ARF (Approximate Relaxation Function) (MC 90-93). Thực tế làm việc của kết cấu dầm BTCT liên quan đến chùng ứng suất trên kết cấu BTCT. Nhận xét chương 1.

40 CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN DẦM BTCT CHỊU CHUYỂN VỊ CƯỠNG BỨC GỐI TỰA THEO THỜI GIAN. Cơ sở lý thuyết tính toán sự làm việc dài hạn của dầm BTCT chịu chuyển vị cưỡng bức của gối tựa. Mô hình tính toán dầm BTCT chịu chuyển vị cưỡng bức gối tựa. Độ cứng của dầm khi làm việc dài hạn.

Chiều dài vùng nứt và độ cứng trung bình của dầm. Phản lực gối tựa và chùng ứng suất trong kết cấu dầm BTCT. Xây dựng công thức xác định chùng ứng suất trên kết cấu dầm BTCT do ảnh hưởng của chuyển vị cưỡng bức gối tựa dựa trên mô hình AEMM có điều chỉnh. Xác định phản lực gối tựa dầm theo thời gian.

Xây dựng mối quan hệ giữa hệ số từ biến và hệ số già. Nhận xét Chương 2. 74 v CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ỨNG XỬ DÀI HẠN CỦA DẦM BTCT CHỊU CHUYỂN VỊ CƯỠNG BỨC CỦA GỐI TỰA. Cơ sở xây dựng mô hình thí nghiệm.

Mô hình thí nghiệm. Bố trí dụng cụ thiết bị đo. Quy trình thí nghiệm. Vật liệu chế tạo và thí nghiệm xác định các đặc trưng cơ học.

Tải trọng thí nghiệm trên hệ dầm BTCT. Tính toán sự suy giảm phản lực gối tựa dầm theo số liệu thực nghiệm các đặc trưng cơ học của vật liệu sử dụng chế tạo dầm. Kết quả thí nghiệm. Chuyển vị của mẫu dầm thí nghiệm do biến dạng co ngót và biến dạng nhiệt gây ra (nhóm tổ mẫu dầm hàm lượng cốt thép μ2 = 1,675%).

Sự thay đổi phản lực gối tựa dầm theo thời gian. Chuyển vị gối tựa dầm theo thời gian. Ảnh hưởng của sự thay đổi phản lực gối tựa đến biến dạng của bê tông chịu nén và biến dạng kéo của cốt thép vùng kéo. Nhận xét chương 3.

113 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ. 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO .PL1 Phụ lục 1: Kết quả đo chùng ứng suất trong kết cấu dầm (nhóm tổ mẫu hàm lượng cốt thép μ1 = 1,163%). PL1 Phụ lục 2: Kết quả đo chùng ứng suất trong kết cấu dầm (nhóm tổ mẫu hàm lượng cốt thép μ2 = 1,675%). PL2 Phụ lục 3: Kết quả đo chùng ứng suất trong kết cấu dầm (nhóm tổ mẫu hàm lượng cốt thép μ3 = 2,279%).

PL3 vi Phụ lục 4: Kết quả đo chuyển vị do co ngót và sự biến thiên nhiệt độ (nhóm tổ mẫu hàm lượng cốt thép μ2 = 1,675%). PL4 Phụ lục 5: Kết quả đo chùng ứng suất trong bản thân thanh thép Ø6. PL5 Phụ lục 6: Kết quả đo hệ số từ biến bê tông. PL6 Phụ lục 7: Kết quả thí nghiệm cơ lý bê tông và cốt thép sử dụng cho các mẫu dầm.

PL7 Phụ lục 8: Chi tiết thiết lập tính lặp trên Matlab, tính hàm chùng ER(t,t0). PL8 Phụ lục 9: Chi tiết thiết lập tính toán sự suy giảm phản lực gối tựa dầm bằng phần mềm Maple. PL9 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT BTCT bê tông cốt thép CƯS chùng ứng suất TCVN tiêu chuẩn Việt Nam ACI tiêu chuẩn Hoa Kỳ EC2 tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2 1 độ cong của cấu kiện r b, h chiều rộng, chiều cao tiết diện khoảng cách từ mép chịu kéo của tiết diện đến trọng tâm cốt a thép chịu kéo khoảng cách từ mép chịu nén của tiết diện đến trọng tâm cốt a' thép chịu nén As , As' diện tích tiết diện ngang của cốt thép chịu kéo, nén Ac diện tích tiết diện ngang của bê tông Ared diện tích tiết diện quy đổi B cấp độ bền của bê tông Rb , fc cường độ nén tính toán của bê tông Ec mô đun đàn hồi bê tông Eeff mô đun đàn hồi hiệu quả điều chỉnh Es mô đun đàn hồi cốt thép C (t , t0 ) , J (t , t0 ) độ từ biến (hàm từ biến riêng)  (t , t0 ) , t hệ số từ biến bê tông u hệ số từ biến cuối cùng  (t , t0 ) hệ số già của bê tông R (t , t0 ) ; ER (t , t0 ) hàm chùng ứng suất t0 thời gian chất tải t thời gian tính toán viii RH độ ẩm môi trường N/X tỷ lệ nước trên xi măng M crc mô men kháng nứt s hệ số quy đổi cốt thép về bê tông x chiều cao bê tông vùng nén I red mô men quán tính của tiết diện quy đổi D độ cứng của cấu kiện  (t , t0 ) chuyển vị gối tựa RB (t , t0 ) phản lực gối tựa  (t ) biến dạng toàn phần  in (t ) biến dạng ban đầu (đàn hồi)  cr (t ) biến dạng từ biến bê tông  sh (t ) biến dạng co ngót bê tông  th (t ) biến dạng nhiệt   ,c ;  RH ,c ;  s,c ;  ,c hệ số xét đến tuổi chất tải, độ ẩm môi trường, độ sụt, hàm 0 lượng đá trong hỗn hợp, lượng khí trong hỗn hợp, kích thước   a ,c ;  v / s ,c cấu kiện khi tính độ từ biến trong tiêu chuẩn ACI C (,28) giá trị giới hạn độ từ biến theo viện bê tông Nga  c (t , 0 ) hệ số kể đến sự phát triển từ biến theo thời gian trong EC2 D1-10, D2-10, Ký hiệu dầm số 1 đến dầm số 4 của nhóm dầm hàm lượng cốt D3-10, D4-10 thép (2Ø10 – μ1 = 1,163 %) D1-12, D2-12, Ký hiệu dầm số 1 đến dầm số 4 của nhóm dầm hàm lượng cốt D3-12, D4-12 thép (2Ø12 – μ2 = 1,675 %) D1-14, D2-14, Ký hiệu dầm số 1 đến dầm số 4 của nhóm dầm hàm lượng cốt D3-14, D4-14 thép (2Ø14 – μ3 = 2,279 %) ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: 1/2 thời gian chùng (r) và phần trăm cuối (Q) .1: Kết quả tính toán mô đun đàn hồi và hệ số từ biến bê tông theo tiêu chuẩn Eurocode 2 (EC2), [49] .2: Kết quả tính toán hệ số từ biến, hệ số già theo thời gian .3: Kết quả tính toán độ cứng dầm theo thời gian (cốt thép đơn) .4: Kết quả tính toán tỷ lệ suy giảm phản lực gối tựa theo thời gian .5: Kết quả tính toán ứng suất trong cốt thép chịu kéo .6: Kết quả tính toán độ cứng dầm theo thời gian.7: Kết quả tính toán tỷ lệ suy giảm phản lực gối tựa theo thời gian .8: Kết quả tính toán tỷ lệ suy giảm phản lực gối tựa theo thời gian (khi cường độ tính toán của bê tông thay đổi).9: Thay đổi thông số ban đầu của phản lực gối tựa dầm.10: Kết quả tính toán tỷ lệ suy giảm phản lực gối tựa tương ứng với 3 giá trị phản lực gối tựa ban đầu thay đổi.11: Kết quả tính toán tỷ lệ suy giảm phản lực gối tựa tương ứng với 3 hàm lượng cốt thép vùng kéo thay đổi.1: Cấp phối vật liệu chế tạo .