Nghiên cứu ứng dụng kết cấu dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn với bê tông cường độ cao cho phát triển giao thông khu vực Đông Nam Bộ tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

VÕ VĨNH BẢO

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG DỰ
ỨNG LỰC ĐÚC SẴN VỚI BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CHO
PHÁT TRIỂN GIAO THÔNG KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ

Ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình giao thơng
Mã số: 9580205
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

HÀ NỘI - 2022


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Giao thông Vận tải

Người hướng dẫn khoa học:
1. GS. TS. Trần Đức Nhiệm
2. PGS.TS. Nguyễn Ngọc Long

Phản biện 1: ………………………………………………
Phản biện 2 ………………………………………………
Phản biện 3: ………………………………………………

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước
họp

tại

Trường

Đại

học

Giao

thơng

Vận

hồi...giờ...ngày...tháng...năm...

Có thể tìm hiểu luận án tại:
1. Thư viện Trường Đại học Giao thông Vận tải
2. Thư viện Quốc gia

tải

vào


MỞ ĐẦU
1. Tính cần thiết của đề tài
Đối với miền nam Việt Nam, khu vực kinh tế trọng điểm mà hạt
nhân là khu vực Đơng Nam Bộ đang có tiềm năng và nguồn lực để
phát triển mạnh mẽ, nhiều khu đơ thị mới nhanh chóng hình thành, tốc
độ đơ thị hóa của vùng Đơng Nam Bộ thuộc mức cao nhất trong cả
nước, từ đó nhu cầu xây dựng hệ thống hạ tầng kỹ thuật cũng đòi hỏi

tương ứng. Để đáp ứng nhu cầu xây dựng hệ thống giao thông đô thị
khu vực Đơng Nam Bộ, cần có nhiều giải pháp kết cấu dầm phục vụ
cho các dự án xây dựng cầu trong đơ thị.
Loại hình kết cấu dầm bê tơng dự ứng lực với bê tông cường độ
cao đã được nhiều quốc gia trên thế giới áp dụng vào xây dựng cơng
trình giao thơng, ưu điểm của bê tơng cường độ cao là có thể tăng khả
năng chịu lực của kết cấu từ đó giúp thiết kế các kết cấu có kích thước
nhỏ hơn, trọng lượng nhẹ hơn, vượt nhịp xa hơn và độ bền cũng gia
tăng do chất lượng bê tông tốt hơn. Tuy nhiên, hiện tại trong khu vực
Đơng Nam Bộ, các dự án xây dựng cơng trình cầu chỉ sử dụng bê tơng
có cường độ từ 50MPa trở xuống. Đây là một vấn đề còn bỏ ngỏ và
cần được xem xét giải quyết. Với tiềm năng có sẵn của khu vực Đông
Nam Bộ về vật liệu để sản xuất bê tông cường độ cao, việc nghiên cứu
ứng dụng bê tông cường độ cao vào xây dựng công trình cầu giao
thơng trong khu vực Đơng Nam Bộ là một hướng đi đúng đắn.
2. Mục tiêu của luận án
- Nghiên cứu chế tạo bê tông cường độ cao sử dụng vật liệu khu
vực Đông Nam Bộ và thực nghiệm đánh giá một số đặc tính cơ học
quan trọng của vật liệu như mô đun đàn hồi, cường độ chịu kéo khi
uốn, phát triển cường độ theo thời gian,... để phục vụ cho công tác
thiết kế và chế tạo kết cấu dầm bê tông dự ứng lực.


- Phân tích và lựa chọn loại hình kết cấu dầm bê tơng dự ứng lực
đúc sẵn có khả năng ứng dụng với bê tông cường độ cao trong thiết
kế chế tạo dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn sử dụng vật liệu khu vực
Đông Nam Bộ.
- Ứng dụng tính tốn thiết kế kết cấu dầm điển hình đối với loại
hình dầm đã lựa chọn ở bước 2 sử dụng bê tông cấp phối bê tông ở
bước 1 để ứng dụng trong các dự án giao thông trong khu vực Đông

Nam Bộ.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
 Về vật liệu: nghiên cứu sử dụng vật liệu địa phương khu vực Đông
Nam Bộ để chế tạo cấp phối bê tơng cường độ cao có các đặc tính
phù hợp cho cơng tác thi cơng dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn.
 Về kết cấu: nghiên cứu ứng dụng kết cấu dầm I cánh rộng bằng bê
tông dự ứng lực đúc sẵn nhịp giản đơn cho phát triển giao thông
khu vực Đông Nam Bộ.
 Về tải trọng: Giới hạn tải trọng nghiên cứu là bài toán tải trọng
tĩnh.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là nghiên cứu lý thuyết kết
hợp với thực nghiệm.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Nhu cầu phát triển giao thông khu vực Đơng Nam Bộ.
Đơng Nam Bộ là vùng có mức độ đơ thị hóa cao và phát triển
nhanh chóng. Mật độ dân số tập trung cao ở các khu công nghiệp và
vùng lân cận.
Các tỉnh trong khu vực này có tốc độ đơ thị hóa rất cao, do chênh
lệch thu nhập với các vùng khác dẫn đến tình trạng di dân ồ ạt từ các
tỉnh lân cận về đô thị. Tình trạng chung của các đơ thị này là: nhu cầu


về nhà ở lớn, nhu cầu giao thông cá nhân và luân chuyển hàng hóa lớn
vượt quá khả năng của hệ thống hạ tầng hiện hữu.
Trong các đô thị hiện hữu, quỹ đất dành cho giao thơng cịn
khá hạn hẹp, chi phí đền bù giải tỏa mặt bằng rất lớn, nên các tuyến
đường trên cao và các tuyến ngầm sẽ được chú trọng phát triển nhiều
hơn.
1.2. Các loại hình kết cấu dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn đang

được ứng dụng và phát triển trong xây dựng cơng trình cầu.
Tại Việt Nam, với các cầu nhịp vừa và nhỏ (chiều dài từ 60m
trở xuống), kết cấu nhịp dạng dầm giản đơn là kết cấu nhịp được áp
dụng nhiều nhất.
Bảng 1-1: Thống kê các dạng dầm dự ứng lực đúc sẵn sử dụng phổ
biến tại Việt Nam
STT
A
1
2
3
4
5
6
B
1
2
C
1
2
3
4
D
1
E
1

Phương thức chế tạo
DẦM BẢN RỖNG
Dầm bản 9m

Dự ứng lực căng trước
Dầm bản 12m
Dự ứng lực căng trước
Dầm bản 15m
Dự ứng lực căng trước
Dầm bản 18m
Dự ứng lực căng trước
Dầm bản 21m
Dự ứng lực căng trước
Dầm bản 24m
Dự ứng lực căng trước
DẦM TIẾT DIỆN CHỮ T
Dầm T 24m
Dự ứng lực căng sau
Dầm T 33m
Dự ứng lực căng sau
DẦM TIẾT DIỆN CHỮ I
Dầm I 18,6m
Dự ứng lực căng trước và căng sau
Dầm I 24,54m
Dự ứng lực căng trước và căng sau
Dầm I 33m
Dự ứng lực căng trước và căng sau
Dầm I 42m
Dự ứng lực căng trước
DẦM TIẾT DIỆN SUPER-T
Dầm SuperT 38,2m
Dự ứng lực căng trước
MỘT SỐ DẠNG DẦM MỚI ĐƯỢC ĐƯA VÀO VIỆT NAM
Dầm T ngược 25m

Dự ứng lực căng trước
Dạng dầm cầu

Hiện nay trên thế giới, các loại hình dầm bê tơng dự ứng lực
đúc sẵn đang được áp dụng rộng rãi có thể kể đến các loại dầm Bulb-


Tee, dầm I cánh rộng (Wide Flange Girder), dầm U-Beam, dầm BathTub, dầm Pi.
1.3. Tình hình ứng dụng và xu thế phát triển bê tông cường độ cao
(HSC), bê tông tính năng cao (HPC) trong xây dựng và sửa chữa
cầu.
Bê tơng cường độ cao HSC và tính năng cao HPC đã được
nghiên cứu và áp dụng rộng rãi tại nhiều nước trên thế giới, dẫn đầu
là các nước Mỹ, Đức, Pháp, Nhật. Nhiều nước khác cũng rất quan tâm
phát triển loại hình kết cấu bê tơng cường độ cao như Trung Quốc,
Hàn Quốc, Úc, Na Uy, Anh, Canada...
Trong thiết kế kết cấu nhịp cầu hiện nay tại Việt Nam, bê tông
được dùng phổ biến với dải cường độ thường áp dụng [4050]MPa
cho kết cấu dầm dự ứng lực, đối với bản mặt cầu đổ tại chỗ thường
dùng bê tông với cường độ [3035]MPa.
Ở khu vực Thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh lân cận trong
vùng Đông Nam Bộ, hiện nay rất nhiều nhà máy bê tông đã đưa vào
sản xuất bê tông cường độ cao đến 80MPa nhưng vẫn chủ yếu dùng
chế tạo các cấu kiện cọc bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn.
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ
CAO CẤP 60MPA ĐẾN 80MPA SỬ DỤNG VẬT LIỆU ĐỊA
PHƯƠNG KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ ỨNG DỤNG CHO
DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC ĐÚC SẴN.
2.1. Khái quát về bê tông cường độ cao.
Bê tông cường độ cao được chế tạo dựa trên một số điều chỉnh

sau:
 Giảm tỉ lệ nước trên xi măng (N/X): sử dụng phụ gia giảm nước
cao thế hệ mới, tỷ lệ N/X có thể giảm nhiều mà vẫn đảm bảo độ sụt
yêu cầu.


 Bổ sung một số loại sản phẩm có độ mịn cao: có 3 loại sản phẩm
thường được sử dụng là tro bay, muội silic và metakaolin hoạt tính.
2.2. Nghiên cứu thiết kế thành phần cấp phối bê tông cường độ
60MPa đến 80MPa sử dụng vật liệu địa phương vùng Đơng Nam
Bộ.
Vùng Đơng Nam Bộ có nguồn cung cấp đá xay chất lượng tốt dồi
dào, Nguồn gốc đá chủ yếu là đá bazan, cường độ đá gốc dao động
trong khoảng 100Mpa đến 200Mpa. Nguồn đá có cường độ cao tập
trung ở các khu vực Tân Cang, Định Quán tỉnh Đồng Nai, Châu Pha
ở Bà Rịa-Vũng Tàu, Dĩ An ở Bình Dương.
Nguồn cát cung cấp chủ yếu tại vùng Đông Nam Bộ là từ sông
Tiền, cát vàng Tân Châu (An Giang) là vật liệu phổ biến do nguồn
cung dồi dào và giá thành thấp. Tuy nhiên, mô đun độ lớn chỉ đạt
khoảng 1.75 (theo TCVN 7572-2:2006), nếu chỉ dùng cát sông, sẽ
không đảm bảo yêu cầu về cấp phối. Hiện tại ở vùng Đông Nam Bộ,
cát nghiền sản xuất tại Phú Mỹ tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu đang là lựa
chọn thay thế, bổ sung hợp lý cho cốt liệu mịn chế tạo bê tông cường
độ cao. Đề tài đề xuất sử dụng cốt liệu mịn có tỷ lệ trộn 60% cát sông
với 40% cát nghiền để ứng dụng trong những phần nghiên cứu tiếp
theo.
 Thiết kế cấp phối bê tông C60 sử dụng vật liệu khu vực Đông
Nam Bộ.
+Yêu cầu thiết kế:
- Cường độ chịu nén 28 ngày mẫu trụ từ 60Mpa trở lên.

- Độ sụt yêu cầu: 160mm
+ Các bước thiết kế: theo ACI211.4R-08
Kết quả thiết kế được trình bày trong bảng 2-13
Bảng 2-13: Cấp phối C60 được chọn sau thử nghiệm


Kí hiệu
BT

N/CKD

Đ
(kg)

C
(kg)

N
(lit)

C60

0.3145

1120

720

150

FA SF
X
(kg)
(kg)
(kg)
0
477
0

PGSD
(lít)
4

 Thiết kế cấp phối bê tơng C70 sử dụng vật liệu khu vực Đông
Nam Bộ
+Yêu cầu hỗn hợp:
- Cường độ nén 28 ngày mẫu trụ từ 70Mpa
- Độ sụt yêu cầu: 160mm
+ Các bước thiết kế: theo ACI211.4R-08
Kết quả thiết kế được trình bày trong bảng 2-15
Bảng 2-15: Cấp phối C70 được chọn sau thử nghiệm
FA SF PGSD
Kí hiệu
Đ
C
N
X
N/CKD
BT
(kg) (kg) (lit) (kg) (kg) (kg)

(lít)
0
C70
0.264 1120 700 140 530
0
4.77
 Thiết kế cấp phối bê tông C80 sử dụng vật liệu khu vực Đông
Nam Bộ
+Yêu cầu hỗn hợp: Cường độ nén 28 ngày mẫu trụ từ 80Mpa
Độ sụt yêu cầu: 160mm
+ Các bước thiết kế: theo ACI211.4R-08
Kết quả thiết kế được trình bày trong bảng 2-17
Bảng 2-17: Cấp phối C80 được chọn sau thử nghiệm
FA SF PGSD
Kí hiệu
Đ
C
N
X
N/CKD
BT
(kg) (kg) (lit) (kg) (kg) (kg)
(lít)
0
C80
0.26
1120 780 140.4 540
0
5.2
 Đánh giá cường độ chịu nén của các cấp phối thử nghiệm C60,

C70, C80 sử dụng vật liệu địa phương vùng Đông Nam Bộ.
Cường độ chịu nén đặc trưng của các cấp phối C60, C70, C80 đã
chọn được xác định theo kết quả thí nghiệm nén mẫu hình trụ


15x30(cm) với số lượng 12 mẫu cho mỗi cấp phối. Kết quả thí nghiệm
trong bảng 2-19.
Bảng 2-19: Kết quả xác định cường độ đặc trưng đối với 3 cấp phối
C60, C70, C80.
C60
C70
67.2
74.3

Cấp phối
f’c (MPa)

C80
84.5

2.3. Nghiên cứu xác định một số đặc trưng cơ học của bê tông với
cấp phối C60, C70, C80 sử dụng vật liệu địa phương vùng Đông
Nam Bộ.
 Cường độ chịu kéo khi uốn.
Cường độ chịu kéo khi uốn được xác định bằng thí nghiệm
trong phịng các mẫu dầm kích thước 15x15x60 (cm), tiêu chuẩn sử
dụng để thí nghiệm là ASTM C78-02, số lượng mẫu thí nghiệm dùng
xác định cường độ chịu kéo khi uốn là 12 mẫu cho mỗi cấp phối.
So sánh giá trị thu được từ thí nghiệm với giá trị ước tính theo
TCVN 11823 đối với 3 cấp phối C60, C70, C80 như sau:

Cấp phối

Cường độ
đặc trưng
(MPa)

C60
C70
C80

67,2
74,3
84,5

fr theo cường
độ đặc trưng
(TCVN 11823)
(MPa)
5,16
5,43
5,79

fr từ thí
nghiệm
(MPa)

Độ chênh
lệch
(%)

8,867
7,284
7,640

171,84
134,14
131,95

Các giá trị thí nghiệm thu được cao hơn so với ước tính theo
cơng thức của TCVN 11823:2017 hơn 30%, do đó để ước tính giá trị
mơ đun đàn hồi của 3 cấp phối bê tông C60, C70, C80 một cách chính
xác hơn, có thể sử dụng cơng thức ước tính cường độ chịu kéo khi uốn
đề xuất như sau:
f r  0,83  f 'c (Mpa)
 Mô đun đàn hồi

(2.29)


Mơ đun đàn hồi được xác định bằng thí nghiệm mẫu trụ
15cm30cm với số lượng mẫu thí nghiệm đối với mỗi cấp phối C60,
C70 và C80 là 12 mẫu/cấp phối. Tiêu chuẩn sử dụng: theo ASTM
469/469M-10. Kết quả thí nghiệm mô đun đàn hồi thể hiện trong bảng
2-23.
Bảng 2-23: Kết quả thí nghiệm mơ đun đàn hồi mẫu trụ.
Cấp phối C60

Cấp phối C70

Cấp phối C80

Tên mẫu

Ec (Mpa)

Tên mẫu

Ec (Mpa)

Tên mẫu

Ec (Mpa)

C60-M25

52580.0

C70-M25

54109.5

C80-M25

62751.0

C60-M26

53832.8

C70-M26

51866.0

C80-M26

56443.0

C60-M27

55815.9

C70-M27

51131.5

C80-M27

57818.9

C60-M28

54085.1

C70-M28

57881.9

C80-M28

58187.2

C60-M29

55441.7

C70-M29

60778.6

C80-M29

58541.7

C60-M30

56695.0

C70-M30

59997.1

C80-M30

52114.2

C60-M31

56754.3

C70-M31

58279.4

C80-M31

58169.2

C60-M32

67927.6

C70-M32

57878.2

C80-M32

61192.9

C60-M33

56754.3

C70-M33

54899.6

C80-M33

62727.4

C60-M34

55386.7

C70-M34

60454.9

C80-M34

59985.9

C60-M35

48569.5

C70-M35

59971.3

C80-M35

56113.3

C60-M36

52129.2

C70-M36

59913.0

C80-M36

58503.2

Trung

Trung
55497.7

bình:

Trung
57263.4

bình:

58545.6
bình:

Căn cứ trên kết quả thí nghiệm, đề tài đề xuất sử dụng cơng thức
ước tính mơ đun đàn hồi cho bê tông cường độ cao với các cấp phối
C60, C70, C80 sử dụng vật liệu khu vực Đông Nam Bộ theo dạng:

Ec  3.385 105 w c2.55 (f'c )0.285 (Mpa)
 Biểu đồ phát triển cường độ theo thời gian bảo dưỡng

(2.30)

Trong nội dung nghiên cứu này, đề tài sử dụng kết thí nghiệm nén
mẫu theo các ngày tuổi 1, 3, 5, 7 và 28 ngày để đánh giá sự phát triển
cường độ của bê tông cường độ cao với vật liệu khu vực Đông Nam
Bộ theo ngày tuổi. Số lượng mẫu thí nghiệm dùng xác định cường độ
theo thời gian là 6 mẫu cho mỗi ngày tuổi. Với kết quả thí nghiệm thu
được, có thể sử dụng cơng thức sau để ước tính thời gian phát triển
cường độ cho cả 3 cấp phối C60, C70, C80:
j
'
f cj' 
 fc28
0,84  0,97 j


(2.31)

Xây dựng phương trình đường cong quan hệ ứng suất - biến
dạng của bê tông cường độ cao sử dụng vật liệu địa phương
vùng Đông Nam Bộ và xác định các hệ số α1 và  1
Để thực hiện thí nghiệm xác định đường cong quan hệ ứng suất -

biến dạng, sử dụng thí nghiệm mẫu bê tơng hình trụ 1530 (cm) dán
strain gauge ở hai bên đối diện dọc theo chiều cao mẫu để đo biến
dạng của mẫu theo thời gian thực, kết hợp với loại máy nén thí nghiệm
có bộ phận đo lực nén theo thời gian thực, có thể xác định được biểu
đồ quan hệ ứng suất - biến dạng với điều kiện sự phá hoại mẫu xảy ra
ở vùng giữa thân của mẫu trụ. Số lượng mẫu thí nghiệm dùng xác định
đường cong quan hệ ứng suất - biến dạng là 6 mẫu cho mỗi cấp phối

Strain gauge được sử dụng là loại Kyowa KC-70-120-A11-11
chiều dài 67mm dán với bê tông bằng keo chuyên dụng bán kèm. Tần
suất lấy dữ liệu (lực nén và biến dạng) của các thiết bị được điều chỉnh
ở mức 62ms ( 1000 lần/phút).


Hình 2-17: Hình ảnh mẫu thí nghiệm trước khi nén.
Vì lượng dữ liệu thu được từ thiết bị đo cho mỗi mẫu là khá nhiều,
để đơn giản cho việc biểu diễn biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng,
kết quả dữ liệu thí nghiệm cho mỗi mẫu bê tơng sẽ được lọc lấy 15 giá
trị tương ứng với các thời điểm sau:
 Giá trị lực lớn nhất (f’c) và biến dạng tương ứng tại thời điểm
f’c (o).
 Giá trị biến dạng lớn nhất max .
 Giai đoạn gia tăng lực từ 0 đến f’c : lấy thêm 9 giá trị tại các thời
điểm có ứng lực tương ứng khoảng (0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6;
0.7; 0.8; và 0.9)f’c .
 Giai đoạn từ o đến max : lấy thêm 4 giá trị tại các thời điểm có
biến dạng tương ứng khoảng o + (0.2; 0.4; 0.6; 0.8)(max - o).
Quá trình thực hiện thí nghiệm 18 mẫu bê tơng với 3 cấp phối C60;
C70; C80 thu được kết quả của 15 mẫu (1 mẫu bị lỗi của thí nghiệm
viên khơng lưu tín hiệu về biến dạng, 2 mẫu thí nghiệm lỗi chuỗi dữ
liệu về biến dạng).
Với kết quả dữ liệu thu được, đề tài tiến hành đánh giá và chọn
lựa được dạng phương trình sử dụng để biểu diễn quan hệ ứng suất


biến dạng đối với bê tông cường độ cao sử dụng vật liệu khu vực Đông
Nam Bộ như sau:


   
   

 o   với  là tham số cần xác định.
f c  f 'c 

 1     
  

 o  

Giá trị tham số  được xác định cho từng mẫu thí nghiệm theo
phương pháp bình phương cực tiểu, kết quả xác định tham số  theo
bảng 2-37.
Bảng 2-37: Kết quả xác định tham số  dựa vào dữ liệu thí nghiệm.
Tên mẫu
C60-M3
C60-M4
C60-M5
C60-M6
C70-M2


19.5
14.3
24.9
14.1
86.3

Tên mẫu


C70-M3
16.9
C70-M4
53.4
C70-M5
16.9
C70-M6
72.1
C80-M1
9.0
Giá trị trung bình t/b = 28.08


22.7
10.6
35.4
10.2
14.9

Tên mẫu
C80-M2
C80-M3
C80-M4
C80-M5
C80-M6

Dựa trên kết quả tính, đề tài đề xuất sử dụng giá trị tham số =28.1
Để xây dựng biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng hoàn chỉnh, cần
xác định giá trị cu cũng như tỷ lệ tương đối giữa cu so với o, do đó,

ta xem xét tương quan giữa o và max theo bảng sau:
Bảng 2-38: Tổng hợp giá trị biến dạng tương đối o và max
max  o
 100
STT Tên mẫu
o
max
o
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

C60-M3
C60-M4
C60-M5
C60-M6
C70-M2
C70-M3
C70-M4
C70-M5
C70-M6
C80-M1

-0.002436
-0.002134
-0.002400
-0.002329
-0.002252
-0.002121
-0.002358
-0.002164
-0.002206
-0.002338

-0.002496
-0.002364
-0.002404
-0.002478
-0.002313
-0.002384
-0.002396
-0.002387
-0.002280
-0.002421

2.5
10.8
0.2
6.4
2.7
12.4
1.6
10.3

3.4
3.6


11
C80-M2
12
C80-M3
13
C80-M4
14
C80-M5
15
C80-M6
Trung bình:

-0.002123
-0.002267
-0.002616
-0.002588
-0.002100
-0.002295

-0.002232
-0.002480
-0.002619
-0.002716
-0.002269
-0.002416

5.1
9.4
0.1
4.9
8.0
5.4

Đề tài đề xuất sử dụng giá trị max = 0.0023 đối với các cấp phối
C60, C70, C80 sử dụng vật liệu khu vực Đông Nam Bộ, và tỉ số
cu  o
được chọn là 5%. Từ đó, biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng
o
khi nén của các cấp phối bê tông C60, C70, C80 sử dụng vật liệu vùng
Đơng Nam Bộ được trình bày như hình 2-19.

f’c

0

o=0.95max

max=0.0023



Hình 2-19: Đường cong biểu diễn quan hệ ứng suất biến dạng khi
nén của bê tông cường độ cao với vật liệu khu vực Đông Nam Bộ.
Định dạng của biểu đồ trên hình 2-19 có thể sử dụng để xác định
các hệ số α1 và 1 của khối ứng suất nén tương đương đối với tiết diện
dầm bê tơng cốt thép có tiết diện chữ nhật bằng cách xác định các tham

số k1, k2 và k3 , các tham số xác định được như sau:


- k1 = 0.541; - k2 = 0.3365;
kk
Suy ra:
1  1 3  0.804
2k 2

- k3 = 1

1 = 2k2 = 0.673
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN KẾT CẤU DẦM BÊ
TÔNG DỰ ỨNG LỰC ĐÚC SẴN VỚI BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ
60MPA ĐẾN 80MPA ỨNG DỤNG CHO XÂY DỰNG CƠNG
TRÌNH GIAO THÔNG KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ.
3.1. Giới thiệu.
Trong chương này cũng trình bày nội dung tính tốn kết cấu dầm
điển hình sử dụng các cấp phối bê tơng C60, C70, C80 với chiều dài
nhịp 60m, 33m và 24m, sử dụng các cấp phối vật liệu bê tông cường
độ cao C60, C70, C80 đã được trình bày trong chương 2.
3.2. Lựa chọn bộ vật liệu cho dầm bê tông dự ứng lực đúc sẵn và
bản mặt cầu đổ tại chỗ.
Các loại vật liệu sau trong nội dung tính tốn kiểm tốn:
 Vật liệu sử dụng đối với dầm dự ứng lực:
+ Cốt thép dự ứng lực:
- Loại thép tao độ tự chùng thấp Grade 270.
- Đường kính danh định 15,2mm.
+ Cốt thép thường:
- Giới hạn chảy fy = 400MPa

+ Bê tông cường độ cao cấp phối C60:
- Cường độ chịu nén f’c = 67,2MPa.
+ Bê tông cường độ cao cấp phối C70:
- Cường độ chịu nén f’c = 74,3MPa.
+ Bê tông cường độ cao cấp phối C80:
- Cường độ chịu nén f’c = 84,5MPa.


 Vật liệu sử dụng đối với bản mặt cầu:
+ Cốt thép thường bản mặt cầu:
- Giới hạn chảy fy = 400MPa
+ Bê tông bản mặt cầu:
- Cường độ chịu nén f’c = 30MPa.
3.3. Phân tích lựa chọn dạng kết cấu dầm và các thơng số kích
thước mặt cắt ngang dầm.
Loại hình dầm được lựa chọn dựa theo các tiêu chí cơ bản sau:
- Ứng dụng cho kết cấu đúc sẵn.
- Khả năng vượt nhịp lớn.
- Khả năng thi công cẩu lắp khơng q khó khăn.
Phân tích các yếu tố kỹ thuật của các loại hình dầm hiện đang
được ứng dụng trong nước và quốc tế, có thể đánh giá các tiêu chí theo
bảng sau:
Bảng 3-1: Tổng hợp phân tích các loại hình dầm đúc sẵn.
Loại dầm

Dầm bản rỗng
Dầm I
Dầm T
Dầm Super-T
Dầm T ngược

Dầm BulbTee
Dầm I cánh
rộng
Dầm U-beam
Dầm Bath-tub

Chiều dài nhịp
Khoảng cách
Tính ổn định
đáp ứng
giữa 2 dầm
trong cẩu lắp
Loại hình dầm truyền thống hiện nay
9m đến 24m
Nhỏ
Tốt
12.5m đến 33m
Trung bình
Kém
24m đến 33m
Trung bình
Trung bình
38.2m
Trung bình
Tốt
10m đến 33m
Trung bình
Trung bình
Loại hình dầm tiến tiến trên thế giới
24m đến 45m

Trung bình
Trung bình

Độ khó cơng
tác đầm lèn

24m đến 60m

Lớn

Tốt

Trung bình

23m đến 36.5m
24m đến 36m

Lớn
Lớn

Tốt
Tốt

Khó
Khó

Dễ
Trung bình
Trung bình
Khó

Khó
Trung bình

Với phân tích trên, có thể nhận thấy loại hình dầm I cánh rộng là
loại hình phù hợp nhất để ứng dụng cho các dự án xây dựng cầu giao
thông trong đô thị khu vực Đông Nam Bộ.


Kết cấu dầm bê tông dự ứng lực căng trước khơng có bố trí ống
gen ở sườn dầm mà thường có 2 dãy tao thép dự ứng lực uốn xiên ở
đoạn đầu dầm để giảm ứng suất kéo thớ trên đầu dầm và tăng thêm
khả năng chống cắt cho đoạn đầu dầm. Với giả định kết cấu dầm phải
dùng cốt thép đai chống cắt từ 12mm đến 18mm, cốt thép dự ứng lực
dạng tao có đường kính danh định 15,2mm, bề dày lớp bê tông bảo vệ
tối thiểu cho phép theo quy trình khi sử dụng bê tơng cường độ cao là
25mm, khoảng cách từ tim đến tim giữa 2 tao cáp là 51mm, suy ra bề
rộng tối thiểu của sườn dầm theo yêu cầu cấu tạo như sau:
Bảng 3-5: Tính tốn giá trị tối thiểu của bề rộng sườn dầm theo
cấu tạo.
STT

1
2
3
4

Chiều
dày bê
tơng bảo
vệ (mm)

25
25
25
25

Đường
kính
thép đai
(mm)
12
14
16
18

Đường
kính danh
định tao
thép (mm)
15,2
15,2
15,2
15,2

Khoảng
cách giữa 2
tao thép
(mm)
51
51
51

51

Bề rộng
sườn dầm
tối thiểu
(mm)
140,2
144,2
148,2
152,2

Như vậy, chiều dày sườn dầm nên chọn là 155mm để dự phòng
một số sai số trong chế tạo lắp đặt cốt thép.
Với sự tham khảo về các kích thước của các loại dầm I cánh rộng
đã có, đề tài đề xuất sử dụng định dạng mặt cắt ngang dầm I cánh rộng
như sau:
Bảng 3-6: Số liệu kích thước dầm WF2300 sử dụng bê tơng cường
độ cao.
Đại lượng

Kí hiệu

WF2300

Chiều dài nhịp (m)

L

60

Cấp bê tơng (Mpa)

f’c

67.2;74.3;84.5

Tổng số tao cáp 15.2mm

ncap

74

s

2.5

Khoảng cách dầm (m)


BỀ RỘNG(m)
Chiều rộng bầu dầm

b1

0.980

Chiều rộng vút đáy

b2

0.413

Chiều rộng sườn dầm

b3

0.155

Chiều rộng vút trên

b4

0.548

Chiều rộng bản cánh trên

b5

1.250

CHIỀU CAO(m)
Chiều cao bầu dầm

h1

0.180

Chiều cao vút đáy

h2

0.120

Chiều cao sườn dầm

h3

1.830

Chiều cao vút trên

h4

0.090

Chiều cao bản cánh trên

h5

0.080

Chiều cao dầm

H

2.300

Các ký hiệu trong bảng 3-6 được trình bày trong hình 3-1.

Hình 3-1: Ký hiệu các kích thước mặt cắt ngang dầm I cánh

rộng.
Tương tự, như trên kết cấu dầm I cánh rộng với chiều dài nhịp
24m và 33m được chọn số liệu kích thước cụ thể như sau:
Bảng 3-7: Số liệu kích thước dầm WF800 và WF1200
Đại lượng

Kí hiệu

WF800

WF1200


Chiều dài nhịp (m)

L

24

33

Cấp bê tông (Mpa)

f’c

67.2;74.3;84.5

67.2;74.3;84.5

Tổng số tao cáp 15.2mm

ncap

32

38

s

2.5

2.5

Khoảng cách dầm (m)

BỀ RỘNG(m)
Chiều rộng bầu dầm

b1

0.980

0.980

Chiều rộng vút đáy

b2

0.413

0.413

Chiều rộng sườn dầm

b3

0.155

0.155

Chiều rộng vút trên

b4

0.548

0.548

Chiều rộng bản cánh trên

b5

1.250

1.250

CHIỀU CAO(m)
Chiều cao bầu dầm

h1

0.130

0.130

Chiều cao vút đáy

h2

0.120

0.120

Chiều cao sườn dầm

h3

0.380

0.780

Chiều cao vút trên

h4

0.090

0.090

Chiều cao bản cánh trên

h5

0.080

0.080

Chiều cao dầm

H

0.800

1.200

3.4. Một số nội dung thiết kế chủ yếu.
Các bảng tính toán kiểm toán chi tiết của dầm WF2300 với 3
cấp phối C60, C70, C80 được trình bày trong phần phụ lục.Kết quả
tính tốn được tổng hợp theo bảng sau:
Bảng 3-8: Tổng hợp kết quả tính tốn dầm WF2300
TỔNG HỢP KẾT QUẢ TÍNH TỐN
Đại lượng
Ký hiệu
WF2300
Chiều dài nhịp (m)
L
60
Cấp bê tơng (MPa)
f’c
67.2

74.3
Hệ số dự trữ sức kháng (sức kháng/yêu cầu)
Độ võng
1.59
1.64

Mô men
M
1.12
1.14
Lực cắt
V
2.89
3.21

84.5
1.71
1.16
3.62

Bảng 3-9: Tổng hợp kết quả tính tốn dầm WF1200
TỔNG HỢP KẾT QUẢ TÍNH TỐN


Đại lượng
Ký hiệu
WF1200
Chiều dài nhịp (m)
L
33

Cấp bê tông (MPa)
f’c
67.2
74.3
Hệ số dự trữ sức kháng (sức kháng/yêu cầu)
Độ võng
1.46
1.51

Mô men
M
1.24
1.25
Lực cắt
V
2.34
2.57

84.5
1.56
1.25
2.92

Bảng 3-10: Tổng hợp kết quả tính tốn dầm WF800
TỔNG HỢP KẾT QUẢ TÍNH TỐN
Đại lượng
Ký hiệu
WF800
Chiều dài nhịp (m)
L

24
Cấp bê tông (MPa)
f’c
67.2
74.3
Hệ số dự trữ sức kháng (sức kháng/yêu cầu)
Độ võng
1.22
1.25

Mơ men
M
1.27
1.28
Lực cắt
V
1.85
2.04

84.5
1.3
1.29
2.31

Kết quả kiểm tốn cho thấy các giá trị nội lực, ứng suất và
biến dạng của dầm WF2300, WF1200 và WF800 khi sử dụng bê tông
cường độ cao đều trong giới hạn cho phép.
Trường hợp sử dụng bê tơng cường độ 50MPa, các thiết kế
điển hình trước đây với loại hình dầm I cánh rộng đã đề xuất sử dụng
các dầm WF1300 cho nhịp 33m và WF900 cho nhịp 24m. Đề tài thử

nghiệm tính tốn kiểm tốn dầm WF800 và WF1200 để xem xét khả
năng đáp ứng khi giảm chiều cao dầm, kết quả tính tốn kiểm tốn cho
thấy khi sử dụng bê tông cường độ 50MPa, các kiểm tốn về ứng suất
và độ võng của dầm khơng đạt yêu cầu, vì thế, việc chiết giảm chiều
cao dầm chỉ có thể thực hiện khi sử dụng bê tơng cường độ cao. Tương
tự như vậy, đối với nhịp 60m sử dụng bê tông cấp 50MPa, chiều cao
dầm I cánh rộng tối thiểu phải là 2450mm mới đảm bảo yêu cầu về
kiểm tốn ứng suất.
Từ kết quả trên, có thể nhận thấy khi sử dụng bê tông cường độ
cao với các cấp phối C60, C70, C80, mặt cắt điển hình của dầm I cánh
rộng có thể giảm được chiều cao khi vượt các nhịp 60m, 33m, 24m


tương ứng là 150mm, 100mm và 100mm so với khi sử dụng bê tông
cường độ thông thường cấp 50MPa.
CHƯƠNG 4. PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ
KỸ THUẬT KẾT CẤU NHỊP CẦU DÙNG DẦM I CÁNH
RỘNG VỚI BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO SO VỚI CÁC KẾT
CẤU DẦM BÊ TÔNG DỰ ỨNG LỰC THƠNG THƯỜNG
HIỆN NAY.
4.1. Khái qt.
Đối với cơng trình cầu có chiều dài nhịp đến 60m, các loại hình
dầm bê tơng dự ứng lực nhịp giản đơn phổ biến hiện nay đều khơng
có các thiết kế tương xứng, ngoại trừ loại hình dầm hộp vốn khơng
hiệu quả về kinh tế kỹ thuật so với dầm định hình. Do đó, loại hình
dầm I cánh rộng dùng bê tơng cường độ cao có ưu thế rõ ràng đối với
phân khúc chiều dài nhịp 60m hoặc hơn.
Việc so sánh đánh giá trong nội dung chương này tập trung đánh
giá khả năng ứng dụng của dầm I cánh rộng sử dụng các cấp phối bê
tông cường độ cao C60, C70, C80 so với một số loại hình dầm định

hình thơng thường với chiều dài nhịp 24m và 33m là các chiều dài
nhịp thường được sử dụng trong các dự án xây dựng giao thông trong
đô thị ở khu vực Đông Nam Bộ.
4.2. Các phương án so sánh.
Việc thực hiện so sánh và đánh giá các chỉ tiêu kinh tế -kỹ thuật
được trình bày thông qua các trường hợp nghiên cứu sau:
Trường hợp 1: so sánh phương án dầm I cánh rộng với phương án
dầm bản bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp 24m.
Kết cấu nhịp dầm bản bê tông cốt thép dự ứng lực là dạng dầm
điển hình sử dụng phổ biến với các dầm nhịp nhỏ (12m, 15m, 18m,
21m và 24m). Ưu thế của loại hình dầm bản rỗng là có chiều cao dầm


thấp, giúp giảm chiều cao tổng cộng của kết cấu nhịp, đáp ứng tốt vấn
đề tĩnh không dưới cầu đối với các cầu vượt trong đô thị, giúp giảm
chiều dài vuốt nối đường vào cầu dẫn đến giảm chi phí dự án.
Trong so sánh này, đề tài sử dụng số liệu một cầu dầm bản bê
tơng dự ứng lực có nhịp dài 24m. Dầm chủ là một dạng dầm bản điển
hình có kht lỗ rỗng có chiều cao dầm 950mm.
Dầm WF800 đã trình bày trong chương 3 được sử dụng để so
sánh với nhịp dầm bản 24m. Theo kết quả tính tốn mặt cắt ngang cầu
sử dụng 05 dầm chủ với khoảng cách 2,5m.
Trường hợp 2: so sánh phương án dầm I cánh rộng với phương án
dầm I bê tông cốt thép dự ứng lực nhịp 33m.
Kết cấu nhịp dầm chữ I bằng bê tông dự ứng lực nhịp 33m là dạng
dầm điển hình sử dụng phổ biến rất nhiều ở các dự án giao thông trong
những năm gần đây tại khu vực Đông Nam Bộ. So sánh này sử dụng
mặt cắt ngang cầu rộng 12m, khoảng cách giữa các dầm 2,4m, tương
ứng với khoảng cách dầm chủ rộng nhất được áp dụng ở Việt Nam
cho dầm I 33m.

Để so sánh với dầm I33m, sử dụng phương án dầm I cánh rộng
với 5 dầm chủ WF1200, khoảng cách dầm chủ 2,5m như đã trình bày
trong chương 3.
4.3. Phân tích so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.
Khả năng dự trữ sức kháng của 2 phương án trong trường hợp
1 được trình bày theo bảng sau:
Bảng 4-1: So sánh dự trữ sức kháng trường hợp 1.
Các phương án so sánh của trường hợp 1
Dầm bản nhịp 24m
Dầm WF800
Hạng mục
M/C giữa
M/C giữa
M/C gối
M/C gối
nhịp
nhịp
Mr / Mu
1.664
1.29


Vr / Vu
Độ võng

2.25
-

3.20
1.98

2.31
-

2.47
1.3

Với kết quả trên, thiết kế điển hình của dầm I cánh rộng có độ
dự trữ mơ men, lực cắt và độ võng do hoạt tải thấp hơn so với dầm bản
rỗng truyền thống nhưng vẫn đảm bảo về yêu cầu chịu lực. Kết quả
này là hệ quả tất yếu của việc chiết giảm chiều cao dầm I cánh rộng,
800mm, so với 950mm của dầm bản rỗng cùng vượt một chiều dài
nhịp như nhau.
So sánh sức kháng của 2 phương án trong trường hợp 2 được
trình bày theo bảng sau:
Bảng 4-2: So sánh dự trữ sức kháng của trường hợp 2.
Các phương án so sánh của trường hợp 2
Dầm I nhịp 33m
Dầm WF1200
Hạng mục
M/C giữa
M/C giữa
M/C gối
M/C gối
nhịp
nhịp
Mr / Mu
1.7
1.25
Vr / Vu

3.29
4.11
2.92
2.95
Độ võng
2.07
1.56
Với kết quả trên, thiết kế điển hình của dầm I cánh rộng có độ
dự trữ mô men, lực cắt và độ võng do hoạt tải thấp hơn so với các loại
dầm truyền thống nhưng vẫn đảm bảo về yêu cầu chịu lực. Kết quả
này là hệ quả tất yếu của việc chiết giảm chiều cao dầm I cánh rộng.
Để đánh giá hiệu quả về kinh tế kỹ thuật, có thể xem xét khối
lượng vật liệu sử dụng của các phương án so sánh. Kết quả tính tốn
so sánh của trường hợp 1 thể hiện trong bảng sau:
Bảng 4-3: Tổng hợp kết quả tính tốn so sánh nhịp 24m.
Loại dầm
Dầm bản
(12 dầm)
Dầm WF800

Khối lượng BT
(m3)
1 dầm 1 nhịp

KL cáp DƯL
(kg)
1 dầm
1 nhịp

KL thép thường

(kg)
1 dầm
1 nhịp

15.26

183.12

759.81

9117.72

1994.83

23937.98

10.75

53.76

845.57

4227.84

2216.96

11084.8


(5 dầm)

So sánh

29.4%

46.37%

46.31%

Kết quả tính tốn so sánh của trường hợp 2 thể hiện trong bảng sau:
Bảng 4-4: Tổng hợp kết quả tính tốn so sánh nhịp 33m.
Loại dầm
Dầm I
(5 dầm)
Dầm WF1200
(5 dầm)
So sánh

Khối lượng BT
(m3)
1 dầm
1 nhịp

KL cáp DƯL
(kg)
1 dầm
1 nhịp

KL thép thường (kg)
1 dầm

1 nhịp

23.73

118.65

1625.83

8129.15

3816.17

19080.85

17.09

85.47

1380.65

6903.27

3418.04

17090.22

72%

72%

84.9%

84.9%

89.6%

89.6%

Với kết quả so sánh trên, có thể thấy đối với các chiều dài nhịp
thơng thường, dầm I cánh rộng có ưu thế hơn về trọng lượng kết cấu
nhịp so với các loại hình dầm truyền thống, do đó giảm được tải trọng
lên hệ thống mố trụ và móng cơng trình cầu.
 Đánh giá các lợi ích khác khi sử dụng dầm I cánh rộng với bê
tông cường độ cao.
Ở trường hợp 2, chiều cao dầm chủ của dầm I cánh rộng là
1200mm là thấp hơn 450mm so với chiều cao dầm I truyền thống.
Điều này giúp ích cho các cơng trình cần vượt tĩnh khơng trong đơ thị,
nhất là đối với loại hình cầu vượt ở nút giao thông. Giảm chiều cao
giúp giảm chiều dài vuốt nối đường vào cầu dẫn đến giảm diện tích
giải phóng mặt bằng, vốn là một cơng tác khó khăn và tốn kém nhiều
chi phí đối với các đô thị lớn trong khu vực Đông Nam Bộ.
Trong trường hợp 1, ngoài việc giảm được chiều cao dầm chủ, số
lượng phiến dầm I cánh rộng sử dụng chỉ 5 dầm so với 12 phiến dầm
bản rỗng. Điều này ngoài việc giúp giảm lượng vật tư sử dụng còn
giúp giảm chi phí vận chuyển và lao lắp dầm.


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Luận án đã tập trung nghiên cứu và có một số đóng góp chính như

sau:
- Nghiên cứu đã khẳng định được sự cần thiết ứng dụng bê tông
cường độ cao cho kết cấu dầm cầu dự ứng lực đúc sẵn trong xây dựng
cơng trình giao thông ở vùng Đông Nam Bộ.
- Thiết kế được các cấp phối bê tơng C60, C70, C80 có độ sụt cao
sử dụng vật liệu địa phương khu vực Đông Nam Bộ, với cốt liệu thô
sử dụng đá dăm Phú Mỹ - Bà Rịa và cốt liệu mịn phối trộn giữa cát
sông và cát nghiền với tỉ lệ 60/40, phù hợp cho sản xuất dầm bê tông
dự ứng lực đúc sẵn với quy mô công nghiệp.
- Đối với các cấp phối C60, C70, C80 sử dụng vật liệu vùng Đông
Nam Bộ, nghiên cứu đã đưa ra cách xác định một số chỉ tiêu cơ lý để
phục vụ cho công tác thiết kế kết cấu dầm cầu bê tông dự ứng lực đúc
sẵn khi sử dụng các cấp phối đó như sau:


Mơ đun đàn hồi: Ec  3.385 105 w c2.55 (f'c )0.285 (Mpa)



Cường độ chịu kéo khi uốn: f r  0,83  f 'c (Mpa)
j
'
Cường độ theo ngày tuổi: f cj' 
 fc28
0,84  0,97 j




Hệ số quy đổi ứng suất khối: α1 = 0.804; 1 = 0.673

- Đã đề xuất các thơng số kích thước mặt cắt phù hợp đối với kết
cấu dầm I cánh rộng sử dụng bê tông cường độ cao với các chiều dài
nhịp 24m, 33m, 60m.
- Khẳng định được tính hiệu quả của việc dùng dầm I cánh rộng với
bê tông cường độ cao so với các loại hình dầm truyền thống sử dụng
bê tơng thông thường hiện nay trong khu vực Đông Nam Bộ:


Giảm chiều cao dầm từ 150mm đến 450mm.