Kết Quả Xử Lý Số Liệu Của Mẫu Sử Dụng Loại Sợi Ngắn (Lf/df=63.63)

Từ kết quả thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo bửa (fsp) của 105 mẫu trụ tiêu chuẩn bê tông cấp 70MPa, cho hai loại sợi ngắn và sợi dài, phân tích đưa ra hàm tương quan giữa cường độ ép chẻ với hàm lượng sợi thép. Sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính đơn biến và phần mềm phân tích thống kê Minitab V17 để tìm mối quan hệ giữa cường độ ép chẻ (fsp) và hàm lượng sợi (Vf).

Kết quả hồi quy tìm ra được hệ số A và B cho hai trường hợp cốt sợi thép là sợi ngắn(L f/D f =63.63) và sợi dài(L f/D f =80) thể hiện trên Hình 2.32 và Hình 2.33. Các phương trình có hệ số tương quan r2 lớn lần lượt là r2 = 86.3% (loại sợi ngắn), r2

fsp=5.426+2.950Vf

Cường độ chịu ép chẻ (fsp,MPa)

= 86.0% (loại sợi dài) và các giá trị này đều lớn hơn 80%. Điều này cho thấy các mô hình hồi quy phù hợp và hoàn toàn có ý nghĩa về mặt thống kê.

fsp=5.813+3.755Vf

Cường độ chịu ép chẻ (fsp,MPa)

Hình 2.32. Kết quả xử lý số liệu của mẫu sử dụng loại sợi ngắn (lf/df=63.63)

Hình 2.33. Kết quả xử lý số liệu của mẫu sử dụng sợi dài (Lf/Df=80)

f '

Từ kết quả thí nghiệm ở trên, ta có các hệ số A=5.426 và B=2.95 cho trường hợp sợi ngắn (L f/D f =63.63) và hệ số A=5.813 và B=3.755 cho trường hợp sợi dài

(L f/D f =80). Nếu ta để dưới dạng A= a

và B= b (Lf/D f)

thì với cấp bê tông

f’c= 70MPa, cả hai trường hợp trên đều giá trị của hệ số a,b giống nhau (a=0.6); b=0.55). Vì vậy luận án đưa ra được mô hình tính toán cường độ chịu ép chẻ của bê tông cường độ cao cốt sợi thép (fsp) như phương trình (2-79 cho cả hai loại sợi ngắn và dài.

f  0.6 f '  0.55 f V f '

sp c D f c

(2-78)

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 184 trang tài liệu này.

Như vậy, phần đóng góp chịu kéo của bê tông như phương trình(2-79).

f  0.6 f '

sp c

(2-79)

Vì vậy phần đóng góp của cốt sợi thép cho cường độ chịu ép chẻ của bê tông cốt sợi thép như sau:

 0.55 Lf V f '

spf D f c

(2-80)

Cường độ cường độ kéo trực tiếp và cường độ chịu ép chẻ của BTCĐC CST được đề xuất trong tiêu chuẩn ACI 544-4R88 [32] có mối quan hệ như sau:

f  2 / 3 f

ct sp

(2-81)

Vì vây, công thức (2-80) được nhân hệ số 2/3, kết quả tính toán sự đóng góp của cốt sợi thép cho cường độ chịu kéo dọc trục của BTCST CĐC như phương trình (2-82)

 0.37 Lf V f '

f D f c

(2-82)

2.3.3. Mô hình tính toán sức kháng cắt đề xuất dầm BTCĐC CST và sơ đồ khối bài toán

 Mô hình tính sức kháng cắt dầm BTCĐC CST:

Từ kết quả thực nghiệm xác định cường độ chịu kéo dư (sau nứt) của bê tông CĐCCST như phương trình (2-82), thay phương trình này vào (2-68) và (2-69), luận

án đưa ra được công thức dự báo cường độ cắt của dầm BTCĐC CST như (2-83). Để xét đến ảnh hưởng của hiệu ứng dầm và hiệu ứng vòm nếu tỷ lệ a/d < 2.5 thì công thức được nhân thêm với 2,5d/a như ở phương trình (2-84). Từ đó tính được sức kháng cắt cho loại dầm này như (2-85) và (2-86)

V f '  0.37V Lf f ' cotf cot, khi a/d ≥ 2. 5

n c f D c z szcr f

(2-83)

V  2.5d / a(f '  0.37V Lf f ' cotf cot) , khi a/d < 2.5;

n c f D c z szcr f

(2-84)

V  (f '  0.37V Lf f ' cotf cot)b d , khi a/d ≥ 2. 5

n c f D c z szcr v v

(2-85)

V  2.5d / a(f '  0.37V Lf f ' cotf cot)b d ,khi a/d < 2.5;

n c f D c z szcr v v

(2-86)

Tính toán theo mô hình do luận án đề xuất có thể dễ dàng dự báo sức kháng cắt mà không cần số liệu thử nghiệm như một số mô hình đề xuất trong các tiêu chuẩn trên thế giới. Hoàn toàn có thể dự báo được góc nứt và biến dạng trong cốt thép dọc trong dầm BTCS. Có thể khảo sát một cách đầy đủ ảnh hưởng của các yếu tố như cấp bê tông, hàm lượng sợi thép, tỷ số a/d… ảnh hưởng đến sức kháng cắt thông qua mô hình này.

 Sơ đồ khối bài toán tính toán sức kháng cắt dầm BTCĐC CST

Sức kháng cắt của các dầm bê tông cường độ cao nêu trên theo mô hình do luận án đề xuất trong luận án theo phương trình(2-85) và(2-83). Sơ đồ khối như Hình 2.34.

Bắt đầu

Số liệu đầu vào: b, h, Vf, fc’,fy, Lf//Df, As, da

Chọn εx (0< εx<0.003)

Ước tính θ:  29  7000x

Tính:  0.37 Lf V

0.4

f ' ; 

11500

(1V ) ;

f ci

0.31

0.18 f 'c 24w

da 16

Tính: f1'citanzfszcr; 'ciciffcot; fx (cicotffcot) / x

Tính ε’x=fx/Ex

Sai

Ɛ’x≈ Ɛx

Khi Ɛ’x- Ɛx<1/1000 dừng lặp

f D

z szcr

v v

f D

z szcr

v v

Đúng

V  (f '  0.37V

f ' cotf

cot)b d ,

khi a/dv<2.5;

V  2.5d / a(f '  0.37V

f ' cotf

cot)b d , khi a/d ≥2.5

Kết thúc

Hình 2.34. Sơ đồ khối tính toán sức kháng cắt cho dầm BTCĐC CST

Kết luận chương 2

- Lựa chọn mô hình bán thực nghiệm để dự báo sức kháng cắt của dầm BTCĐC CST là rất quan trọng. Có rất nhiều mô hình bán thực nghiệm có thể dự báo sức kháng cắt của dầm BTCST tuy nhiên NCS lựa chọn mô hình Trường nén sửa đổi đơn giản để dự báo sức kháng cắt của dầm BTCĐC CST do đã phân tích trên.

- Trong mô hình trường nén sửa đổi đơn giản, người ta có xét đến sự làm việc kéo của bê tông. Đối với dầm BTCST ngoài sự tham gia chịu kéo của bê tông sau nứt còn có sự tham gia của cốt sợi thép.

- Như ta đã biết sau khi bê tông nứt cốt sợi thép mới bắt đầu tham gia chịu kéo. Phần đóng góp của cốt sợi thép sau khi bê tông nứt phụ thuộc dính vào lực bám giữa sợi và bê tông. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu kéo sau nứt của BTCST là hàm lượng sợi, hình dạng sợi, chiều dài sợi và cấp bê tông. Trong đó, hàm lượng sợi là yếu tố quan trọng ảnh hưởng rất lớn nhất đến sức kháng kéo của BTCST. Vì vậy, xây dựng được hàm của cường độ chịu kéo phụ thuộc vào hàm lượng sợi và các tham số khác để đánh giá được sự đóng góp của cốt sợi thép cho sức kháng kéo sau nứt được NCS thực hiện. Do kéo trực tiếp mẫu BTCST gặp khó khăn nên thí nghiệm ép chẻ mẫu trụ theo tiêu chuẩn được thực hiện.

- NCS sử dụng 2 loại sợi như đã trình bày trên, với hàm lượng sợi thay đổi, thiết kế thành phần cho hỗn hợp bê tông cường độ cao cấp 70MPa. Điều chỉnh thành phần cho 7 hỗn hợp cấp phối BTCĐC CST và tiến hành đúc 105 mẫu để ép chẻ và 21 mẫu để kiểm tra cường độ chịu nén của từng cấp phối tính toán.

- Căn cứ kết quả thực nghiệm ép chẻ với 105 mẫu trụ BTCĐC CST, sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính xây dựng được công thức tính toán cường độ chịu ép chẻ của BT CĐC CST sau nứt theo hàm lượng sợi (2-82).

- Kết hợp mô hợp với mô tính toán sức kháng cắt dầm BTCST được lựa chọn ở mục 2.2.3, NCS đã xây dựng được công thức tính toán sức kháng cắt của dầm BTCĐC ST cho 2 trường hợp a/d ≥ 2. 5 và a/d < 2. 5 như ở (2-85) và(2-83).

- Xây dựng sơ đồ khối cho bài toán tính toán sức kháng cắt của dầm BTCST như Hình 2.34.

- Khảo sát ảnh hưởng của các tham số đến sức kháng cắt của dầm BTCĐC CST thông qua mô hình tính toán cho thấy sức kháng cắt của dầm BTCST tăng nhanh khi hàm lượng sợi tăng. Chiều dài sợi cũng ảnh hưởng đáng kể đến sức kháng cắt của dầm BTCĐC CST. Cấp bê tông càng cao, sự ảnh hưởng của sợi thép đến sức kháng cắt càng lớn. Các góc nghiêng của ứng suất nén chủ (θ) trong các dầm tính theo mô hình đề xuất đều nhỏ hơn 45o.

Chương 3.

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ CẮT DẦM BTCĐC CST

Mục tiêu thí nghiệm

Chương 3 nghiên cứu thực nghiệm về ứng xử cắt của các dầm BTCĐC có kích thước thiết kế nhằm kiểm chứng mô hình do NCS đề xuất ở chương 2. Nghiên cứu ứng xử cắt của dầm BTCĐC CST có các cấp phối BTCCĐC CST khác nhau để đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng sợi và loại sợi đến sức kháng cắt. Ngoài ra nghiên cứu thực nghiệm trên dầm thực ở chương 3 còn có mục tiêu đánh giá được ứng xử trong dầm gồm góc nứt, bến dạng trong bê tông miền nén, biến dạng trong các cốt thép dọc và cốt thép đai khi chịu tải cho tới khi phá hoại. Kích thước dầm được lựa chọn sao cho phù hợp với năng lực kích và phù hợp tiêu chuẩn thiết kế. Dầm phải được tính toán bố trí cốt thép dọc chủ và cốt thép đai sao cho dầm chỉ xảy ra phá hoại cắt hoặc cắt uốn trong phạm vi nhịp cắt (a) mà không bị phá hoại do uốn. Tiến hành đúc các dầm BTCĐC CST theo kích thước thiết kế để kiểm chứng công thức tính toán sức kháng cắt đề xuất ở trên. Mô hình dầm uốn 4 điểm được sử dụng để thử nghiệm dầm tham khảo theo tiêu chuẩn ASTM C78 [39]. Vị trí các lực tập trung được đặt ở cách tim gối một đoạn là a≥2d. Với d là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu kéo đến mép trên của dầm. Cấp bê tông sử dụng nghiên cứu là 70MPa, phù hợp với cấp bê tông thử nghiệm mẫu. Sợi thép DRAMIX uốn móc hai đầu có kích thước khác nhau được đưa vào nghiên cứu. Sử dụng 2 loại sợi: Dramix 3D 80/60 BG có cường độ 1225MPa và Dramix 3D 65/35 BG có cường độ 1345MPa theo tiêu chuẩn DIN 17140D9 và EN 10016-2-C9D với hàm lượng cacbon thấp. Kết quả thí nghiệm gồm các số liệu về sức kháng cắt của dầm, đồ thị tải trọng độ võng, biến dạng của bê tông miền chịu nén, biến dạng trong cốt thép dọc và biến dạng trong cốt đai. Các số liệu thí nghiệm được so sánh với lý thuyết gồm: sức kháng cắt, mô hình phá hoại, góc nghiêng của ứng suất nén chủ.

Thiết kế dầm thí nghiệm

3.2.1. Lựa chọn cấu tạo dầm BT CĐC CST thí nghiệm

Chiều cao dầm: Theo quy định trong điều 8.3.4.1 trong tiêu chuẩn TCVN11823- 2017 [4] quy định phương pháp thiết kế đơn giản đối với dầm không dự ứng lực hoặc dầm có chiều cao nhỏ hơn 400mm, có thể lấy giá trị θ=45o và β=2. Vì vậy, đây là trường hợp đặc biệt đây không phải là trường hợp tổng quát. Trong luận án, chọn hai loại dầm

có chiều cao h=450mm và h=400mm để tiến hành khảo sát với mục đích sẽ thử nghiệm các dầm cùng kích thước. Chiều rộng dầm chọn b=150mm, dựa theo tham khảo một số mô hình thực nghiệm các tác giả đã nghiên cứu chọn.

Khoảng cách từ lực tập trung đến gối là a=750mm cho dầm H=400mm như Hình 3.2 và a=780cm cho dầm H=450mm. chiều cao hữu hiệu d=h-do, với do là khoảng cách từ trọng tâm cốt thép dọc đến cạnh đáy của tiết diện dầm.

Hỗn hợp BTCST được tính toán thành phần như ở phụ lục 1. Khi đúc mỗi dầm lấy một lượng hỗn hợp bê tông đủ để đúc mẫu trụ kiểm tra cấp bê tông của dầm đó.

Mẫu 2

Số lượng cốt chủ và cường độ của cốt chủ được lựa chọn sao cho khi thí nghiệm chỉ bị phá hoại do cắt mà không bị phá hoại do uốn. Cốt dọc chọn thép có đường kính 22mm, số lượng 4 thanh. Cốt thép dọc trong dầm sử dụng thép của công ty Hòa phát, cấp thép là 520 MPa theo tiêu chuẩn TCVN 1651-2008 hoặc ASTM A6115/A615M-08a (Mỹ). Thép được lấy mẫu thí nghiệm tại Trung tâm thí nghiệm của trường Đại học Giao Thông Giao Thông Vận tải. Kết quả thí nghiệm kéo thép như Hình 3.1. Cường độ chảy dẻo trung bình của các mẫu thí nghiệm là fy=512MPa.

Mẫu 1

Ứng suất kéo, MPa

Biến dạng khi kéo, %

Mẫu 3

Biến dạng khi kéo, %

Hình 3.1. Biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng khi thí nghiệm kéo cốt dọc chủ