Ảnh hưởng của sự bố trí cốt đai tới ứng xử chịu uốn của dầm bê tông cốt thép (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
---------------------------

TRẦN THỊ NGỌC HOA

ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ BỐ TRÍ CỐT ĐAI TỚI ỨNG XỬ
CHỊU UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH DD&CN

Hà Nội – 2014


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ XÂY DỰNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI
---------------------------

TRẦN THỊ NGỌC HOA
KHÓA 2012-2014

ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ BỐ TRÍ CỐT ĐAI TỚI ỨNG XỬ
CHỊU UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN
Mã số: 60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. VŨ NGỌC ANH

Hà Nội – 2014


1

LỜI CẢM ƠN
Cùng với quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước, nhu cầu
xây dựng ngày càng phát triển mạnh mẽ, quy mô xây dựng các công trình
ngày càng lớn, yêu cầu chất lượng ngày càng cao. Để đáp ứng được yêu cầu
đó đòi hỏi ngành xây dựng phải phát triển không ngừng.
Với mong muốn đóng góp, nghiên cứa chuyên sâu nhằm thiết lập một cơ
sở lý thuyết để thiết kế các phần tử kết cấu bê tông. Để kiểm tra và thực
nghiệm cả về mặt lý thuyết ứng xử uốn của dầm bê tông cốt thép khi sử dụng
các bó tăng cường bằng cốt thép đai đưa vào vùng nén. Em đã đi sâu nghiên
cứu về ảnh hưởng của sự bố trí cốt đai tới ứng xử chịu uốn của dầm bê tông
cốt thép. Nhưng do thời gian và năng lực có hạn nên bài Luận Văn của em
còn nhiều sai sót. Em mong muốn nhận được nhiều ý kiến quan tâm đóng góp
tận tình của Quý Thầy Cô.
Nhân dịp này em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Quý Thầy
Cô Trường ĐH Kiến Trúc Hà Nội. Đặc biệt là Thầy TS. Vũ Ngọc Anh, TS.
Đặng Vũ Hiệp đã tận tình giúp đỡ em về kiến thức và kinh nghiệm trong quá
trình nghiên cứu. Em xin chân thành cảm ơn nhân viên của Trung Tâm Thí

Nghiệm và Kiểm Định Chất Lượng Công Trình Trường ĐH Kiến Trúc Hà
Nội đã tạo điều kiện thuận lợi, cung cấp tài liệu, hướng dẫn cách sử dụng các
trang thiết bị, phương pháp thí nghiệm cũng như truyền đạt cho em những
kinh nghiệm trong suốt quá trình tiến hành thí nghiệm thực hiện đề tài. Em
xin chân thành cảm ơn.
Tác giả luận văn

Trần Thị Ngọc Hoa


2

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn thạc sĩ này là công trình nghiên cứu khoa
học độc lập của tôi. Các số liệu khoa học, kết quả nghiên cứu của Luận văn là
trung thực và có nguồn gốc rõ ràng.

Tác giả luận văn

Trần Thị Ngọc Hoa


MỤC LỤC
Mục lục

Trang

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ, đồ thị

* Lý do chọn đề tài .....................................................................................1
* Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................1
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................1
* Phương pháp nghiên cứu .........................................................................1
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu ...............................................................1
- Phương pháp thực nghiệm ..........................................................................2
- Xử lý số liệu ...............................................................................................2
* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..................................................2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN THIẾT KẾ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP
CHỊU UỐN ........................................................................................................3
1.1. Cấu tạo cấu kiện chịu uốn bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn Việt Nam: ....3
1.1.1. Hình dạng và kích thước tiết diện dầm: .............................................3
1.1.2. Cốt thép trong dầm: ..........................................................................3
1.1.3. Các quy định cấu tạo khác: ...............................................................5
1.2. Khối ứng suất quy dổi chữ nhật theo tiêu chuẩn Việt Nam, Châu Âu .......8
1.2.1. Tiêu chuẩn Việt Nam 5574-2012: .....................................................8
1.2.2. Tiêu chuẩn Châu Âu EC02:

...........................................................9

1.3. Lý thuyết thiết kế dầm phá hoại dẻo, phá hoại dòn: ...............................11
1.3.1. Tiêu chuẩn Việt Nam: .....................................................................11
1.3.2. Tiêu chuẩn Châu Âu: ......................................................................14


CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CỐT
ĐAI ĐẾN ỨNG XỬ CHỊU UỐN CỦA DẦM BTCT .....................................19
2.1. Chế tạo dầm để nghiên cứu thực nghiệm. ..............................................20
2.2. Vật liệu chế tạo dầm ...............................................................................24
2.2.1. Bê tông ............................................................................................24

2.2.2. Thép dầm .........................................................................................25
2.2.3. Chế tạo dầm .....................................................................................26
2.3. Tính toán dầm theo hai nhóm trạng thái giới hạn ....................................29
2.3.1. Xác định các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu để phục vụ tính toán ...........29
2.3.2. Tính toán dầm theo nhóm trạng thái giới hạn thứ nhất .....................38
2.3.3. Tính toán dầm theo nhóm trạng thái giới hạn thứ hai .......................40
CHƯƠNG 3: CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ KIẾN NGHỊ .................55
3.1. Phương pháp thí nghiệm .........................................................................55
3.2. Tiến hành thí nghiệm dầm ......................................................................55
3.2.1. Mô hình thí nghiệm dầm ..................................................................55
3.2.2. Tiến hành thí nghiệm và theo dõi qua trình diễn biến thí nghiệm .....57
3.3. Quan sát sự hình thành vết nứt ...............................................................62
3.4. Ứng xử của dầm trường hợp phá hoại dẻo và trường hợp phá hoại dòn. .... 68
3.4.1. Ứng xử của dầm trường hợp phá hoại dẻo .......................................68
3.4.2. Ứng xử của dầm trường hợp phá hoại dòn .......................................74
3.5. Dự báo khả năng chịu lực của dầm bê tông cốt thép có kể đến ảnh
hưởng của cốt đai. ........................................................................................80
3.5.1. Đề xuất mô hình tính toán ................................................................80
3.5.2. Áp dụng tính toán cho dầm A3 và B3 ..............................................83
3.6. Các kết luận ............................................................................................85


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu, các

Tên gọi hay thuật ngữ

chữ viết tắt

Bêtông cốt thép

BTCT

Bêtông nặng

BTN

Khoảng cách từ mép chịu kéo của tiết diện đến trọng tâm của a
cốt thép chịu kéo
Chiều cao làm việc của tiết diện

d

Tổng lực kéo trong cốt thép chịu kéo

Fst

Chiều cao vùng bê tông chịu nén

x

Chiều cao vùng nén trường hợp pá hoại cân bằng

xbal

Chiều cao vùng nén quy đổi

s

Cánh tay đòn

z

Hệ số an toàn riêng đối với bê tông

γc

Cường độ tính toán của cốt thép

fyd

Cường độ chịu nén đặc trưng của bê tông đối với mẫu trụ tiêu fck
chuẩn
Ứng suất ban đầu

o

Ứng suất tại cấp tải n

n

Ứng suất



Ứng suất kéo của bê tông

bt

Ứng suất nén của bê tông

b

Ứng suất kéo của cốt thép

s

Hàm lượng cốt thép

ρ

Biến dạng kéo của cốt thép

st


Biến dạng tương đối ban đầu

o

Biến dạng tương đối tại cấp tải n

n

Biến dạng của dầm bêtông



Bề rộng vết nứt

acrc

Chất kết dính

CKD

Cường độ nén của bêtông

Rb

Cường độ nén tiêu chuẩn của bêtông

Rbn

Cường độ nén tuổi y ngày

Rby

Cường độ kéo tiêu chuẩn của bêtông

Rbtn

Cường độ kéo tiêu chuẩn của bêtông khi tính theo trạng thái Rbtn,ser
giới hạn thứ hai
Cường độ chịu nén

Rsc

Cường độ chịu kéo cốt thép đai, xiên

Rsw

Cường độ chịu kéo cốt thép dọc

Rs

Chiều cao lớp vữa trát

hv

Chiều dài dầm

l

Chiều cao tương đối của bêtông chịu nén



Chiều cao dầm

h

Chiều cao làm việc của dầm

ho

Chiều rộng dầm

b

Chuyển vị tại gối

G

Chuyển vị tại giữa nhịp

V

Diện tích cốt thép vùng nén

As

Diện tích cốt thép vùng kéo

A’s

Diện tích thép đai

Asw

Đá

Đ


Xi măng

X

Cát

C

Nước

N

Độ ẩm

W

Đường kính cốt thép



Đường kính cốt đai

đ

Độ cứng của dầm

B

Độ võng của dầm

f

Hàm lượng cốt thép



Khối lượng thể tích bêtông

b

Khoảng cách cốt đai

s

Mođul đàn hồi của bêtông

Eb

Mođul đàn hồi của thép

Es

Mô đun độ lớn của cốt liệu

Mđl

Mômen giới hạn

Mgh

Mômen chịu uốn của tiết diện

MRd

Mômen lớn nhất

Mmax

Mômen cấu kiện chịu được trước khi nứt

Mcrc

Mômen kháng uốn

Wpl

Mômen tĩnh

Sbo

Mômen quán tính đối với trục trung hòa của bêtông vùng nén

Ibo

Mômen quán tính đối với trục trung hòa của bêtông vùng kéo

I’bo

Độ cứng của cấu kiện

B

Độ võng của cấu kiện

f

Độ võng tính toán

fTT

Độ võng thí nghiệm

fTN


Nhiệt độ

t

Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

TCXDVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TCVN

Tỷ lệ nước - ximăng

N/X

Tỷ lệ nước - chất kết dính

N/CKD

Tỷ lệ cát - chất kết dính

C/CKD

Tải trọng thí nghiệm

Ptn

Tải trọng tính toán

Ptt

Tải trọng gây nứt

Pgn

Tải trọng phá hoại

Pph

Kích thước của lõi bê tông chịu nén song song với trục x

b’

Khoảng cách giữa các thanh thép dọc

wi

Tỷ lệ cốt thép dọc trên diện tích lõi bê tông chịu nén

ρc

Khoảng cách thông thủy của cốt đai

s’

Xác định hệ số hiệu quả bó Ke trong trường hợp có 2 thanh cốt Ke
dọc vùng nén
Xác định tỷ lệ thể tích hiệu quả của cốt đai

se

Xác định ứng xuất do hiệu ứng bó tác dụng lên lõi bê tông

fle

Xác định chỉ số bó hiệu quả

I e'

Xác định ứng suất nén trong lõi bê tông bằng công thức thực Rbe
nghiệm


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2-1: Hệ số  tính đổi khi viên mẫu khác kích thước tiêu chuẩn
Bảng 2-2: Hệ số  tính đổi khi viên mẫu khoan cắt từ cấu kiện
Bảng 2-3: Bảng kết quả thí nghiệm nén mẫu bêtông
Bảng 2-4: Kết quả thí nghiệm xác định mođul đàn hồi của bêtông mẫu số 1
Bảng 2-5: Kết quả thí nghiệm xác định mođul đàn hồi của bêtông mẫu số 2

Bảng 2-6: Kết quả thí nghiệm xác định mođul đàn hồi của bêtông mẫu số 3
Bảng 2-7: Kết quả thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý thép
Bảng 2-8: Tính toán khả năng chịu lực của dầm A1, A2
Bảng 2-9: Tính toán khả năng chịu lực của dầm A3
Bảng 2-10: Tính toán khả năng chịu lực của dầm B1, B2
Bảng 2-11: Tính toán khả năng chịu lực của dầm B3
Bảng 2-12: Tính toán momen Mcrc dầm chịu được trước khi bị nứt - nhóm A
Bảng 2-13: Bảng tính toán độ võng theo từng cấp tải trọng (dầm A1)
Bảng 2-14: Bảng tính toán độ võng theo từng cấp tải trọng (dầm A2)
Bảng 2-15: Bảng tính toán độ võng theo từng cấp tải trọng (dầm A3)
Bảng 2-16: Tính toán momen Mcrc dầm chịu được trước khi bị nứt- nhóm B
Bảng 2-17: Bảng tính toán độ võng theo từng cấp tải trọng (dầm B1)
Bảng 2-18: Bảng tính toán độ võng theo từng cấp tải trọng (dầm B2)
Bảng 2-19: Bảng tính toán độ võng theo từng cấp tải trọng (dầm B3)
Bảng 3.1: So sánh kết quả tính toán khả năng uốn theo phương pháp truyền
thống và thực tế thí nghiệm (dầm loại A)
Bảng 3.2: So sánh kết quả tính toán độ võng và thực tế thí nghiệm (dầm loại A)
Bảng 3.3: So sánh kết quả tính toán khả năng uốn theo phương pháp truyền
thống và thực tế thí nghiệm (dầm loại B)
Bảng 3.4: So sánh kết quả tính toán độ võng và thực tế thí nghiệm (dầm loại B)
Bảng 3.5: Mô men giới hạn dầm A3 theo mô hình đề nghị


Bảng 3.6: Mô men giới hạn dầm B3 theo mô hình đề nghị


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ - BIỂU ĐỒ

Hình 1.1: Khoảng cách giữa 2 cốt thép
Hình 1.2: Neo cốt thép

Hình 1.3: Sơ đồ ứng suất trên tiết diện đặt cốt thép đơn (Tiêu chuẩn Việt Nam)
Hình 1.4: Sơ đồ ứng suất trên tiết diện đặt cốt thép đơn (Tiêu chuẩn Châu Âu)
Hình 1.5: Trạng thái ứng suất giai đoạn 1
Hình 1.6: Trạng thái ứng suất giai đoạn 2
Hình 1.7: Trạng thái ứng suất giai đoạn 3
Hình 1.8: Phân bố biến dạng giới hạn
Hình 2.1. Cấu tạo và kích thước dầm A1
Hình 2.2. Cấu tạo và kích thước dầm A2
Hình 2.3. Cấu tạo và kích thước dầm A3
Hình 2.4. Cấu tạo và kích thước dầm B1
Hình 2.5. Cấu tạo và kích thước dầm B2
Hình 2.6. Cấu tạo và kích thước dầm B3
Hình 2.7. Gia công lắp đặt coppha và cốt thép dầm
Hình 2.8. Thi công đổ bêtông dầm
Hình 2.9. Các dầm đã thi công hoàn thiện
Hình 2.10. Sơ đồ thiết kế dầm thí nghiệm
Hình 2.11: Hình dạng mẫu thí nghiệm nén
Hình 2.12. Thí nghiệm nén mẫu lập phương 15x15x15cm
Hình 2.13: Hình dạng mẫu lăng trụ thí nghiệm Môđul đàn hồi
Hình 2.14. Thí nghiệm Môđul đàn hồi
Hình 2.15. Thí nghiệm chỉ tiêu cơ lý thép
Hình 3.1. Thí nghiệm uốn 4 điểm trên dầm
Hình 3.2. Sơ đồ bố trí các thiết bị đo chuyển vị, biến dạng
Hình 3.3. Sơ đồ bố trí dụng cụ thí nghiệm Comparatoz


Hình 3.4. Thí nghiệm dầm
Hình 3.5. Đo biến dạng thí nghiệm dầm
Hình 3.6. Quan sát - đánh dấu vết nứt trên dầm
Hình 3.7. Đo bề rộng vết nứt dầm bằng kính Microscop

Hình 3.8. So sánh vết nứt dầm trường hợp phá hại dẻo (thứ tự từ dưới lên:
Dầm A1, A2, A3)
Hình 3.9. So sánh vết nứt dầm trường hợp phá hại dòn (thứ tự từ dưới lên:
Dầm B1, B2, B3)
Hình 3.10: Sơ phác sự hình thành vết nứt đầu tiên (dầm loại A)
Hình 3.11: Sơ phác sự hình thành vết nứt đầu tiên (dầm loại B)
Hình 3.12: Sơ phác quá trình phát triển thêm vết nứt mới (dầm loại A)
Hình 3.13: Sơ phác quá trình phát triển thêm vết nứt mới (dầm loại B)
Hình 3.14: Sơ phác quá trình phát triển vết nứt cấp tải cuối (dầm loại A)
Hình 3.15: Sơ phác quá trình phát triển vết nứt cấp tải cuối (dầm loại B)
Hình 3.16: Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng - độ võng f dầm A1
Hình 3.17: Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng - độ võng f dầm A2
Hình 3.18: Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng - độ võng f dầm A3
Hình 3.19: Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng - độ võng f (dầm loại A)
Hình 3.20: Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng-biến dạng vùng nén (dầm loại A)
Hình 3.21: Biểu đồ biến dạng COMPARATOZ suốt chiều cao dầm (dầm loại
A)
Hình 3.22: Biểu đồ quan hệ hàm lượng cốt thép đai – biến dạng ngang (dầm
loại A)
Hình 3.23: Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng - độ võng dầm B1
Hình 3.24: Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng - độ võng dầm B2
Hình 3.25: Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng - độ võng dầm B3
Hình 3.26: Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng P - độ võng f (dầm loại B)


Hình 3.27: Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng - biến dạng vùng nén (dầm loại
B)
Hình 3.28: Biểu đồ biến dạng COMPARATOZ suốt chiều cao dầm (dầm loại
B)
Hình 3.29: Biểu đồ quan hệ hàm lượng cốt thép đai – biến dạng ngang (dầm

loại B)
Hình 3.30. Mô hình dự báo khả năng chịu lực có kể đến ảnh hưởng của cốt đai
Hình 3.31. So sánh mô hình đề nghị và kết quả thực nghiệm của dầm A3
Hình 3.32. So sánh mô hình đề nghị và kết quả thực nghiệm của dầm B3


1

MỞ ĐẦU
* Lý do chọn đề tài
Vai trò của cốt đai trong cấu kiện chịu uốn là: Chịu cắt, liên kết vùng bê tông
chịu nén và chịu kéo để đảm bảo tiết diện chịu được mô men. Cốt đai được bố
trí theo tính toán (cho vùng có lực cắt lớn) và cấu tạo (ở vùng có lực cắt nhỏ).
Nhưng tiêu chuẩn Việt Nam cũng như nước ngoài không nêu rõ ảnh hưởng
của sự bố trí cốt đai (trong vùng có lực cắt nhỏ hoặc vùng chỉ chịu mô men
uốn) đến ứng xử chịu uốn của dầm như khả năng chịu lực, độ dẻo, sự hình
thành vết nứt trong vùng kéo của bê tông. Vì vậy trong khuôn khổ của đề tài
“ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ BỐ TRÍ CỐT ĐAI TỚI ỨNG XỬ CHỊU UỐN
CỦA DẦM BTCT “ tác giả đi sâu nghiên cứu để giải quyết các vấn đề đã
nêu ở trên.
* Mục tiêu nghiên cứu
Tìm hiểu vai trò của cốt đai trong cấu kiện chịu uốn. Sau đó nghiên cứu thực
nghiệm sự ảnh hưởng của sự bố trí cốt đai tới ứng xử chịu uốn của dầm bê
tông cốt thép.
* Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Bê tông nặng cấp phối B15 (M200) được sử dụng rộng rãi trong các công
trình xây dựng, nên đề tài này sẽ dùng bê tông cấp độ bền B15 để nghiên cứu.
Đề tài sẽ đi xác định các tính chất cơ lý như cường độ chịu nén, mô đun đàn
hồi của bê tông. Sáu dầm bê tông cốt thép được chế tạo tại trung tâm thí
nghiệm-trường đại học Kiến Trúc Hà Nội, ba dầm được thiết kế phá hoại dẻo,

ba dầm được thiết kế phá hoại dòn (theo TCVN). Đề tài sẽ xem xét ảnh hưởng
của sự bó cốt đai đến ứng xử của dầm trước và sau khi nứt.
* Phương pháp nghiên cứu
- Phương ph¸p nghiªn cứu tài liệu
Chủ yếu sử dụng phương ph¸p ph©n tÝch và diễn giải.


2

- Phương ph¸p thực nghiệm
Làm thực nghiệm, kiểm chứng và so s¸nh.
- Xử lý số liệu
Kết quả nghiªn cứu tài liệu, khảo s¸t thùc nghiệm phục vụ cho việc
tÝnh to¸n khả năng chịu lực của dầm.
Tổng hợp và kiến nghị
* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Việc nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến khả năng chiu uốn của dầm bê tông
cốt thép là một sự tìm tòi, vận dụng mang tính thực tiễn cao góp phần vào
việc củng cố cơ sở khoa học để thiết kế các dầm bê tông cốt thép.


THÔNG BÁO
Để xem được phần chính văn của tài liệu này, vui
lòng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện
– Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội.
Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội
Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội.
Email:

TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN

55

CHƯƠNG 3:
CÁC KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ KIẾN NGHỊ

3.1. Phương pháp thí nghiệm
Đề tài nghiên cứu đã sử dụng các tiêu chuẩn của Việt Nam:
- Xác định cường độ chịu nén của bêtông: TCVN 3118: 1993
- Xác định cường độ lăng trụ và môdul đàn hồi của bêtông:
TCVN 5726: 1993
- Xác định chỉ tiêu cơ lý cốt thép: TCVN 197-2002 & TCVN 198-2008
- Thí nghiệm dầm chịu tải trọng tĩnh.
3.2. Tiến hành thí nghiệm dầm
Thí nghiệm được thực hiện tại Trung Tâm Thí Nghiệm và Kiểm Định
Chất Lượng Công Trình của Trường Đại Học Kiến Trúc Hà Nội từ ngày
24/04/2014 đến ngày 29/04/2014. Quá trình thí nghiệm được thực hiện nhờ sự
chỉ đạo của thầy hướng dẫn TS. Vũ Ngọc Anh, TS. Đặng Vũ Hiệp và sự giúp
đỡ của các cán bộ Trung Tâm Thí Nghiệm.
Để đánh giá, so sánh khả năng chịu lực của các dầm chế tạo từ các loại
bêtông có cùng cấp phối nhưng theo hai trạng thái là phá hoại dẻo và phá hoại
dòn, chúng tôi tiến hành thí nghiệm cấu kiện dầm bêtông cốt thép ở tuổi 32
ngày bằng cách gia tải bằng kích thủy lực cho đến khi dầm bị phá hoại.
Trước khi tiến hành thí nghiệm chúng tôi đã dùng vôi pha loãng quét lên
bề mặt dầm để dễ dàng quan sát sự xuất hiện và phát triển vết nứt trên dầm,
cũng như xác định chính xác chiều cao và bề rộng khe nứt trên bề mặt dầm.
3.2.1. Mô hình thí nghiệm dầm
Mô hình dầm BTCT có kích thước hình học và sơ đồ làm việc với 2
tải trọng tập trung tác dụng như trên hình 3.1

56

Hình 3.1. Thí nghiệm uốn 4 điểm trên dầm
Giá gia tải được thiết kế để tạo nên lực nén tập trung ở hai đầu cấu
kiện bằng kích thủy lực 30T làm việc với bơm tay, trên đó có đồng hồ đo áp
lực 700 vạch. Giá trị mỗi vạch đo bằng 107 kg ứng với một cấp tải tác dụng
lên cấu kiện .
Để đo chuyển vị sử dụng 3 đồng hồ Inđicatơ cơ học có vạch đo bằng
0,01mm được bố trí 2 đồng hồ ở gối đo chuyển vị tại gối (G1, G2) và 1 đồng
hồ ở giữa nhịp để đo độ võng giữa dầm (V).
Để đo bến dạng bê tông vùng kéo, nén sử dụng 2 đồng hồ điện tử (E1,
E2) đặt tại mặt trên và mặt dưới của dầm có vạch đo bằng 0,001mm với chuẩn
đo là 30cm.
Để đo biến dạng nở hông 2 đồng hồ điện tử (E3, E4) đặt song song
nhau tại vị trí giữa dầm có vạch đo bằng 0,001mm với chuẩn đo là 15cm.
Sử dụng kính lúp Microscop để đo bề rộng vết nứt trên dầm.


57

Để đo biến dạng của bêtông theo suốt chiều cao dầm chúng tôi dùng 1
Comparatoz có vạch đo bằng 0,001mm với chuẩn đo là 30cm đặt tại 7 vị trí
trên dầm C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7 (xem chi tiết hình 3.2 và 3.3).

C7

C6

C3

C2

C1

C4
10

C5

30 10

Hình 3.2. Sơ đồ bố trí các thiết bị đo chuyển vị, biến dạng

Hình 3.3. Sơ đồ bố trí dụng cụ thí nghiệm Comparatoz

3.2.2. Tiến hành thí nghiệm và theo dõi diễn biến thí nghiệm
Dựa trên số liệu đã tính toán ở mục 2.2. Ta xét trong trường
hợp: x   R  h0 thì Mmax của cả 3 loại dầm bêtông là bằng nhau: Pph  2,18T.
Xét trong trường hợp: x   R  h0 thì Mmax của cả 3 loại dầm bêtông là bằng
nhau: Pph  2,39T.
Mỗi vạch đồng hồ đo tương đương một cấp tải = 107 (kg) (chọn cấp tải
dựa trên tải trọng của vạch đồng hồ thí nghiệm). Tiến hành đo biến dạng và sự
xuất hiện vết nứt của các dầm tại từng cấp tải thí nghiệm.
- Bước 1: Gia tải thử, ghi số liệu ở cấp 0:
Giá trị lực gia tải thử bằng cấp thứ nhất P1 = 107 kg.


58

Giữ ổn định tải P1 trong vòng 5 phút, quan sát toàn bộ thí nghiệm,
sau đó xả van áp lực đưa tải trở về 0.
Tiến hành chỉnh lại dụng cụ đo, đưa kim chỉ thị về vị trí thích hợp,
ghi lại số liệu đo ban đầu ứng với P = 0.
- Bước 2: Gia tải thí nghiệm và ghi chép kết quả đo đạt:
Sau khi hoàn thành bước chất và dỡ tải thử, thí nghiệm chính thức
bắt đầu bằng việc đọc và ghi số liệu ban đầu ứng với tải trọng Po = 0.
Các cấp tải được tăng dần theo thứ tự như ở bảng phân cấp (xem
trong phần phụ lục). Tại mỗi thời điểm đọc và ghi chép kết quả ở từng cấp tải
trọng, cần đảm bảo tính đồng thời việc đọc số liệu trên tất cả các dụng cụ và
thiết bị đo trong một khoảng thời gian ngắn nhất.
Thời điểm bắt đầu đọc số liệu là khi sự biến thiên chuyển vị và biến
dạng tắt hẳn hoặc khi đạt được độ ổn định qui ước và không lớn hơn 5 phút kể
từ khi kết thúc gia tải cấp tải trọng đó. Ở các cấp tải nhỏ, vật liệu của kết cấu
thí nghiệm làm việc trong giới hạn đàn hồi, chuyển vị và biến dạng sẽ nhanh
ổn định.
* Quan sát trạng thái biến dạng của dầm, hệ gia tải và dụng cụ đo
Dựa trên số liệu đã tính toán dự kiến trước ở mục 2.2, mỗi lần tăng
dần một cấp tải, dừng lại khoảng 5 phút, liên tục quan sát chỉ số trên các đồng
hồ điện tử, COMPARATOZ và Inđicatơ. Nhìn chung các số liệu dự kiến là
gần đúng và các thiết bị đo làm việc chuẩn xác.
Quan sát đồng hồ chuyển vị ở hai gối rất ít, chủ yếu chuyển vị nhiều
trong đoạn ở giữa nhịp dầm.
Vết nứt đầu tiên xuất hiện ở giữa nhịp dầm, khi vết nứt đầu tiên xuất
hiện các chỉ số trên các đồng hồ điện tử E1, E2 và COMPARATOZ tăng
nhanh, đặc biệt trong vùng chịu kéo. Tiếp tục quan sát sự xuất hiện của các
vết nứt tiếp theo, dùng bút đen đánh dấu dọc theo mép vết nứt ngay trên bề

59

mặt dầm, tại đỉnh vết nứt vẽ một vạch chắn ngang, ghi bên cạnh giá trị tải
trọng và thời gian tương ứng. Sau đó thể hiện trên hình vẽ trong nhật ký thí
nghiệm.
Tiếp tục gia tải, vết nứt đầu tiên mở rộng và xuất hiện thêm nhiều
vết nứt khác trên dầm.
Sự phá hoại bắt đầu khi vết nứt mở rộng. Với các dầm A1, A2, A3
biến dạng cốt thép đạt giới hạn chảy - lúc này nếu tiếp tục tăng tải theo từng
cấp tính toán, ta cần quan sát thật kỹ mọi biến đổi trên bề mặt cấu kiện, sẽ
phát hiện những dấu hiệu mất khả năng chịu lực của dầm thí nghiệm như: độ
võng tăng liên tục, vết nứt phát triển liên tục trong khi tải trọng vẫn đang
được giữ nguyên giá trị, cốt thép bị chảy dẻo trước khi bêtông vùng nén bị
phá hoại (nứt, vỡ,…) thì đồng hồ đo lực giảm xuống. Với các dầm B1, B2, B3
biến dạng cốt thép chưa đạt giới hạn chảy mà ứng suất trong bê tông vùng nén
đạt giới hạn cường độ chịu nén – lúc này ta tiếp tục tăng tải trọng, phát hiện
dầm mất khả năng chịu lực như: độ võng tăng liên tục, các đồng hồ đo biến
dạng ngang chạy không ngừng trong khi tải trọng vẫn đang được giữ nguyên
giá trị, bêtông vùng nén bị phá hoại (nứt, vỡ,…). Sự phá hoại ở vùng nén thể
hiện bởi việc bêtông bị ép vỡ và xuất hiện nhiều vết nứt lớn ở vùng kéo. Thí
nghiệm kết thúc.
Sau đây là một số hình ảnh thí nghiệm dầm.


60

Hình 3.4. Thí nghiệm dầm

Hình 3.5. Đo biến dạng thí nghiệm dầm

61

Hình 3.6. Quan sát - đánh dấu vết nứt trên dầm

Hình 3.7. Đo bề rộng vết nứt dầm bằng kính Microscop