Slide bảo vệ luận án Thạc sỹ : kỹ thuật nghiên cứu sự làm việc chịu uốn của dầm bê tông cốt sợ thủy tinh có hàm lượng cốt thấp bằng phương pháp thực nghiệm

NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CHỊU UỐN
CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT SỢI THỦY TINH CÓ HÀM LƯỢNG CỐT THẤP
BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG
***
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
HÀ NỘI - 2014
HỌC VIÊN : NGUYỄN ĐỨC HOÀN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN HÙNG PHONG
NỘI DUNG LUẬN VĂN
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1
CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN DẦM BÊ TÔNG CỐT SỢI
THỦY TINH CHỊU UỐN
2
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM DẦM BÊ TÔNG CỐT
SỢI THỦY TINH CÓ HÀM LƯỢNG CỐT THẤP CHỊU
UỐN
3
KẾT LUẬN
MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Sợi thủy tinh là một vật liệu mới có nhiều đặc tính ưu việt như cường độ chịu kéo lớn hơn thép nhiều lần, trọng lượng nhẹ lại không
bị gỉ, ăn mòn. Việc ứng dụng sợi thủy tinh thay thế cốt thép trong kết cấu bê tông đã được nhiều nước áp dụng trong đó có Việt
Nam. Sự làm việc của kết cấu có cốt FRP khác với sự làm việc của cốt thép thông thường do FRP là vật liệu không đẳng hướng,
không có sự chảy dẻo nên cần có nghiên cứu thực nghiệm để kiểm tính lý thuyết tính toán.
Cơ sở khoa học, thực tiễn và pháp lý của đề tài
Cơ sở khoa học: Tiêu chuẩn của các nước trên thế giới như Mỹ, Canada, Nhật
bản, Nga…
Cơ sở thực tiễn: Hiện tại Việt Nam đã có nhà máy sản xuất cốt GFRP nhưng vẫn

chưa có tiêu chuẩn thiết kế và thi công cho kết cấu bê tông cốt GFRP.
Đề tài này là rất cần thiết để nghiên cứu, áp dụng kết cấu bê tông cốt sợi thủy tinh
rộng rãi hơn trong lĩnh vực xây dựng trong điều kiện Việt Nam.
•
Phương pháp nghiên cứu của đề tài
Phương pháp thực nghiệm
Mở đầu
I.1 đặc trưng vật liệu FRP
CẤU TẠO
4
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
Sợi thủy tinh + keo polyme = Thanh GFRP
Trên thế giới: Thanh GFRP ra đời được hơn 30 năm.
Việt Nam: Năm 2012 do công ty Armatek mang đến triển lãm Vietconstech
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
QUY TRÌNH SẢN XUẤT THANH GFRP

Sợi thủy tinh Thùng keo Quấn tạo ren
Lò sấy Bể làm lạnh Máy cắt Thanh GFRP
I.2 ƯU ĐIỂM và hạn chế CỦA thanh FRP
6
Ưu điểm Thanh GFRP:
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
•
Cường độ chịu kéo lớn (f
fu
=1000 Mpa)
•
Trọng lượng nhẹ (khoảng 1/5 lần thép)
•

Không bị ăn mòn, không có từ tính
•
Độ dẫn điện, dẫn nhiệt thấp
Hạn chế thanh GFRP:
•
Không có miền chảy trước khi phá hủy
•
Có mô đun đàn hồi thấp (khoảng 1/5 lần thép)
•
Có thể bị cháy, khả năng chịu lửa kém.
I.3 Ứng dụng của thanh FRP trong lĩnh vực xây dựng
Thế giới:
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
Nhà ở chiến sỹ cảnh vệ Đại tướng Võ Nguyên Giáp Cừ bê tông cường độ siêu
cao Kết hợp với GFRP
Việt Nam:
Kết cấu tường vây Kết cấu Cọc Kết cấu mặt cầu
I.1 Các giả thiết tính toán

Mặt phẳng tiết diện vẫn phẳng sau khi biến dạng

Suất biến dạng nén lớn nhất trong bê tông theo: ACI là 0,003;
Canada 0,0035; Nga 0,0035

Bỏ qua cường độ chịu kéo của bê tông

Sự làm việc của thanh FRP là đàn hồi đến khi phá hủy

Bê tông và cốt FRP dính kết hoàn toàn.
CHƯƠNG II: lý thuyết tính toán dầm bê tông cốt sợi thủy tinh

I.2 Thiết kế dầm bê tông cốt GFRP theo trạng thái giới hạn 1

Dạng phá hủy
Tiêu chuẩn Mỹ và Canada (3 dạng phá hủy)

Phá hủy do vỡ bê tông vùng nén: ρf > ρfb

Phá hủy do đứt cốt FRP: ρf < ρfb

Phá hủy cân bằng: ρf = ρfb
Tiêu chuẩn Nga (1 dạng phá hủy)

Phá hủy do đứt cốt FRP: ξ ≤ ξR
Khi ξ > ξR thì lấy ξ = ξR
CHƯƠNG II: lý thuyết tính toán dầm bê tông cốt sợi thủy tinh
I.2 Thiết kế dầm bê tông cốt GFRP theo trạng thái giới hạn 1
Phá hủy do vỡ bê tông: (ρf>ρfb)

Biến dạng bê tông vùng nén đạt εcu

Ứng suất trong cốt GFRP là ff
Giải phương trình cân bằng lực và mô men
ta có khả năng chịu lực của dầm:
CHƯƠNG II: lý thuyết tính toán dầm bê tông cốt sợi thủy tinh
2
'
1 0,59
f f
n f f
c

f
M f bd
f
ρ
ρ
 
= −
 ÷
 
Phá hủy do bê tông bị ép vỡ
I.2 Thiết kế dầm bê tông cốt GFRP theo trạng thái giới hạn 1
Phá hủy do đứt cốt GFRP : (ρf<ρfb)

Biến dạng bê tông vùng nén đạt εc

Ứng suất trong cốt GFRP là ffu
ACI: Để đơn giản và thiên về an toàn coi εc =εcu
CHƯƠNG II: lý thuyết tính toán dầm bê tông cốt sợi thủy tinh
1
1
2
b
n f fu
c
M A f d
β
 
= −
 ÷
 

Phá hủy do đứt cốt FRP
cu
b
cu fu
c d
ε
ε ε
 
=
 ÷
 ÷
+
 
I.2 Thiết kế dầm bê tông cốt GFRP theo trạng thái giới hạn 1
Phá hủy do đứt cốt GFRP :
(ρf<ρfb)

Biến dạng bê tông vùng nén εc

Ứng suất trong cốt GFRP là ffu
Canada: Hệ số α và β để xác định khối ứng suất nén trong
bê tông
Giả thiết c
Xác định: εc , α, β sao cho thỏa mãn điều kiện:
CHƯƠNG II: lý thuyết tính toán dầm bê tông cốt sợi thủy tinh
Phá hủy do đứt cốt FRP
Biểu đồ xác định α
Biểu đồ xác định β
'
. . . . .

c c
C f c b
α φ β
=
. .
frp frp frpu
T A f
φ
=
C T=
. . ( )
2
frp frp frpu
c
M A f d
β
φ
= −
I.2 Thiết kế dầm bê tông cốt GFRP theo trạng thái giới hạn 1
Nga:
Hệ số ξR:
Khi ξ= x/h0≤ ξR=>
Với chiều cao vùng nén x:
Khi x> ξRh0 thì lấy x= ξRh0
CHƯƠNG II: lý thuyết tính toán dầm bê tông cốt sợi thủy tinh
Phá hủy do đứt cốt FRP
0
2
1
R

R
f
b
x
h
ω
ξ
ε
ε
= =
+
0
. . .( 0.5 )
ult b
M R b x h x= −
.
.
f f
b
R A
x
R b
=
Hệ số giảm cường độ khi uốn
ACI
Canada
Nga
(Giảm cường độ tính toán vật liệu)
Đứt cốt
GFRP

Vỡ bê tông
Hệ số tin
cậy
Hs điều kiện sử
dụng
Hs tác dụng tải dài
hạn
0.55 0.65 0.6667 1.5 0.7-0.8 0.3-0.6
I.2 Thiết kế dầm bê tông cốt GFRP theo trạng thái giới hạn 2
CHƯƠNG II: lý thuyết tính toán dầm bê tông cốt sợi thủy tinh
I.2.1 Bề rộng khe nứt
2 2
w 2 ( )
2
f
b c
f
f
s
k d
E
β
= +
Hội kỹ sư
Nhật
Canada
Ủy ban ACI
Nga
Trong nhà Ngoài trời Trong nhà Ngoài trời
0,5 mm 0,7mm 0,5 mm

Khuyến nghị dùng
theo Canada
0,7mm 0,5 mm

Bề rộng khe nứt
cho phép

Tính toán bề rộng khe nứt
I.2 Thiết kế dầm bê tông cốt GFRP theo trạng thái giới hạn 2
Khi bê tông chưa nứt
Khi bê tông nứt:
CHƯƠNG II: lý thuyết tính toán dầm bê tông cốt sợi thủy tinh
Trục trung hòa dầm
3
12
g
bh
I =
2 .
r g
cr
f I
M
h
=
'
0.62
r c
f f=
3

3 2 2
(1 )
3
cr f f
bd
I k n A d k= + −
3 3
( ) ( ) [1 ( ) ]
cr cr
e d g cr
u u
M M
I I I
M M
β
= + −
I.2.2 Độ võng
Hệ số giảm độ cứng hóa do kéo
1
5
f
d
fb
ρ
β
ρ
=
CHƯƠNG III: nghiên cứu thực nghiệm dầm bê tông cốt sợi
thủy tinh có hàm lượng cốt thấp chịu uốn
3.1 Mục tiêu của nghiên cứu


Xác định khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt GFRP bằng
nghiên cứu thực nghiệm

Lập biểu đồ quan hệ Tải trọng- Độ võng của dầm bê tông cốt
GFRP

Tìm hiểu các cơ chế phá hoại của dầm bê tông cốt GFRP.
3.2 Mẫu thí nghiệm
TT Tên
mẫu
Cốt As
µ %
Vật liệu Hình thức phá hoại
dự kiến
mm2
1 DF1 38 119.7 0.22 GFRP Phá hoại do FRP đứt
2 DF2 21
0
117.4 0.22 GFRP Phá hoại do FRP đứt
3.2. Mẫu thí nghiệm dầm
Mẫu thí nghiệm
1-1
P P
1
1
2
2
1
1

2-2
TT Tên
mẫu
Cốt As
mm2
1 DF1 38 119.7
2 DF2 210 117.4
18
3.1 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN bê tông
Mẫu thí nghiệm hình trụ tiêu chuẩn
150x300mm
Thiết bị thí nghiệm Máy nén thủy lực
200 tấn chỉ thị số DHR200
Cường độ nén được xác định theo công thức sau:
Mẫu và thiết bị thí nghiệm
i
ci
i
P
f
F
=
Loại mẫu
Nước
(Kg)
Xi măng
(kg)
Đá
(kg)
Cát

(kg)
Phụ gia
(kg)
Mẫu BTT 174 439 1480 710 2
Bảng cấp phối cho 1m3 bê tông mác 400#
19
3.2 . THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH MÔ ĐUL ĐÀN HỒI BÊ TÔNG
Máy nén thủy lực 50 tấn
Mẫu và thiết bị thí nghiệm
Strain gauges đo
biến dạng bê tông
2 1
6
2
50.10
S S
E
ε
−
−
=
−
Kết quả thí nghiệm
3.2. THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH MÔ ĐUL ĐÀN HỒI
M uẫ F (kN)
F
(mm2)
f`c
(Mpa)
ε

2

(10
-6
)
E
th c nghi mự ệ

(Mpa)
1 555
17671
31.1
 
2 531  
3 563  
4 220  376.5
30230
5 220  424
3.3. THÍ NGHIỆM KÉO CỐT GFRP
Sử dụng kết quả kéo mẫu của nhà máy sản xuất cốt GFRP
STT
Φ
(mm)
Φ
th c t ự ế
(mm)
Tr ng l ng ọ ượ
(g/m)
As
(mm2)

L c F ự
(N)
f
ufrp
(Mpa)
γ
(kg/m3
)
1 8 7.26 79.33 41.43 45100 1088.6 1.9148
2 8 7.32 80.67 42.12 46900 1113.5 1.9152
3 8 6.79 69.33 36.21 32900 908.6 1.9147
Trung bình 7.13  3 9.9 2  103 6.9 1. 91
4 10 8.67 113 59.01 60200 1020.2 1.9150
5 10 8.68 113.3 59.17 52800 892.4 1.9149
6 10 8.59 111 57.96 54800 945.4 1.9150
Trung bình 8.6 5  58 .71  95 2.7 1. 91
a)Mẫu thí nghiệm
3.4 Thí nghiệm dầm bê tông cốt GFRP có hàm lượng cốt thấp chịu uốn
1-1
P P
1
1
2
2
1
1
2-2
b) Sơ đồ thí nghiệm và thiết bị gia tải
3.4 Thí nghiệm dầm bê tông cốt GFRP có hàm lượng cốt thấp chịu uốn
P P

i1 i2
i3
t1
t2
24
Hình ảnh thiết bị đo
3.4 Thí nghiệm dầm bê tông cốt GFRP có hàm lượng cốt thấp chịu uốn
Kích thủy lực LVDT Máy đo vết nứt Bộ xử lý dữ liệu


Ghi chép những thông tin về mẫu

Lắp đặt LVDT, kích thủy lực vào vị trí theo đúng sơ đồ thiết kế

Chọn thang lực phù hợp trên máy nén. Sơ bộ tính lực phá hoại dầm để làm
cơ sở chọn thang lực thí nghiệm.

Gia tải thí nghiệm và ghi chép kết quả

Các cấp tải được tăng dần

Trong quá trình gia tải phải quan sát kỹ vùng bê tông chịu kéo để phát hiện vết
nứt đầu tiên và ghi lại giá trị tải trọng nứt. Theo dõi quá trình hình thành và
phát triển các vết nứt, cần vẽ lại sơ đồ các vết nứt.
Các bước tiến hành thí nghiệm
c) Tính toán xử lý kết quả thí nghiệm
i. Tải trọng phá hoại và cơ chế phá hoại dầm
3.4 Thí nghiệm dầm bê tông cốt GFRP có hàm lượng cốt thấp chịu uốn
TT Tên
dầm

Cốt Tải phá hoại
Pn (kN)
Độ võng
d (mm)
Cơ chế phá hoại
1 DF1
3φ8 GFRP
30 39 Phá hoại do GFRP đứt
2 DF2
2φ10 GFRP
29.2 41.7 Phá hoại do GFRP đứt