Trang chủ / Tài liệu miễn phí / Luận Án Tiến Sĩ Kỹ Thuật Xây Dựng

Bố Trí Cốt Thép Và Các Vị Trí Đo Biến Dạng Và Độ Võng Khi Uốn Dầm Btcđc Cst


Cốt thép đai sử dụng thanh đường d=6mm loại CB300 theo TCVN 1651-1-2008 [2]. Khoảng cách cốt đai 300mm. Thép đai được lấy mẫu và thí nghiệm xác định tính chất cơ học tại phòng thí nghiệm trường ĐH CNGTVT. Kết quả thí nghiệm như trong Bảng 3.1 Cường độ chịu kéo cốt đai trung bình fywd=383.1MPa.

Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm kéo thép đai


Tên mẫu

Lực khi chảy

dẻo (KN)

Cường độ

chảy (MPa)

Lực khi đứt

(KN)

Gh bền

(MPa)

Biến dạng

khi đứt (%)

M1

11.5

406.7

17.0

601.3

20

M2

11.0

389.0

15.0

530.3

21.7

M3

10.0

353.7

16.0

565.9

23.3

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 184 trang tài liệu này.

Các vị trí gắn điện trở đo biến dạng trong cốt thép và bê tông:

Căn cứ mục tiêu của thí nghiêm dầm, tiến hành lắp cốt thép và các điện trở để đo biến dạng trong thép dọc, thép đai và bê tông miền nén. Dự kiến dầm sẽ nứt và gãy do cắt nên đo biến dạng trong hai thanh cốt đai cắt qua vết nứt nghiêng. Để đo biến dạng trong cốt đai, hai lá điện trở ở vị trí T1, T2 được gắn hai vị trí cốt đai như Hình 3.2. Để đo biến dạng trong cốt dọc, hai lá điện trở ở vị trí D1, D2 được gắn ở cốt dọc hàng dưới tại tị trí như trên Hình 3.2. Để đo biến dạng miền chịu nén của bê tông một lá điện trở S5 được gắn ở đỉnh dầm, tại vị trí giữa dầm như Hình 3.2. Đo độ võng ở vị trí đáy dầm bằng thiết bị đo độ võng (LVDT). Hỗn hợp bê tông được trộn theo tỷ lệ thành phần như thiết kế ở phụ lục 1. Do mỗi dầm là một mẻ trộn nên mỗi mẻ bê tông của các đầm thử nghiệm lấy 3 mẫu trụ tiêu chuẩn để xác định cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày (fc’). Sử dụng các cường độ chịu nén thí nghiệm của bê tông cốt sợi cũng như cường độ chịu kéo chảy của thép dọc và đai để tính toán sức kháng của dầm thử nghiệm.

Hình 3 2 Bố trí cốt thép và các vị trí đo biến dạng và độ võng khi uốn 1

Hình 3.2 Bố trí cốt thép và các vị trí đo biến dạng và độ võng khi uốn dầm BTCĐC CST


3.2.2. Số lượng dầm, các thông số của dầm thí nghiệm

Để khảo sát ảnh hưởng của các tham số như hàm lượng sợi, chiều dài sợi đến sức kháng cắt dầm BTCĐC CST, số lượng dầm thí nghiệm và các thông số của dầm BTCĐC CST được đề xuất như Bảng 3.2. Đối với loại sợi dài (tỷ số Lf/Df=80, thử nghiệm với các cặp dầm có hàm lượng sợi tương ứng là: 0%; 0.63%; 1%. Đối với loại sợi ngắn (Lf/Df=63.63), kiểm chứng hai cặp dầm có sử dụng hàm lượng sợi là 0.63% và 1%.

Dầm được ký hiệu như sau: (A)B-X-Y-Z-T. Trong đó:A- là dầm cao H=450 mm; B là dầm có chiều cao H=400mm; ‘SN’ chỉ loại sợi ngắn, ‘SD’ chỉ loại sợi dài, ‘X’ là hàm lượng sợi, ‘Y’ là cường độ chịu kéo của cốt đai, ‘Z’ là đường kính cốt đai, ‘T’ là khoảng cách cốt đai.

Bảng 3.2 Các thông số thiết kế của các dầm thử nghiệm



T T


KH dầm


b (mm)


H

(mm)


a/d

Hàm lượng cốt dọc

(ρ)


Loại sợi

Hàm lượng sợi

(Vf)


f’c

K/c cốt đai

(s)

Đ/k cốt đai

dw

Cường độ cốt đai

1

B-0-300-6-300

150

400

2.23

0.03

Không sợi

0%

70

300

6

383.1

2

B -0.63-300-6-300-SD

150

400

2.23

0.03

3D 80/60 BG

0.63%

70

300

6

383.1

3

B -0.63-300-6-300-SN

150

400

2.23

0.03

3D 65/35 BG

0.63%

70

300

6

383.1

4

B -1-300-6-300- SN

150

400

2.23

0.03

3D 65/35 BG

1%

70

300

6

383.1

5

A-0-300-6-300

150

450

2.02

0.03

Không sợi

0%

70

300

6

383.1

6

A-0.63-300-6-300-SN

150

450

2.02

0.03

3D 65/35 BG

0.63%

70

300

6

383.1


Tính toán sức kháng cắt dầm thử nghiệm theo mô hình đề xuất và khảo sát các yếu tố ảnh hưởng

3.3.1. Dự báo sức kháng cắt dầm BTCĐC CST và khảo sát hưởng hàm lượng sợi

Sử dụng mô hình đề xuất, tính toán sức kháng cắt các dầm thử nghiệm BTCĐC CST. Tính toán sức kháng cắt cho nhóm dầm cao h=400mm. Khảo sát sức kháng cắt của dầm BTCĐC CST có kích thước như đề cập ở mục trên. Sử dụng loại sợi ngắn Dramix có tỷ sô Lf/Df=35/0.55=63.636, với hàm lượng sợi lần lượt là: 0%, 0.63%, 1%, 1.5%.


Kết quả cho thấy ứng suất cắt tới hạn và sức kháng cắt của dầm tăng rất nhanh như trong Bảng 3.3. Sức kháng cắt của dầm bê tông cốt sợi tăng 84.59% chỉ với hàm lượng nhỏ cốt sợi thép (0.63%). Với hàm lượng sợi 1.5% sức kháng cắt của dầm BTCĐC CST tăng lên thêm tới 190% (Hình 3.3).

Ngoài ra góc nghiêng của ứng suất nén chủ và góc nghiêng của ứng suất kéo chủ (θ) có giá trị khác nhau khi hàm lượng sợi thay đổi. Góc nghiêng của vết nứt được xem như xấp xỉ bằng góc nghiêng của ứng suất kéo chủ. Theo khảo sát bằng mô hình dề xuất, góc nghiêng có giá trị nhỏ hơn rất nhiều so với 450. Theo như kết quả tính toán được ghi trong Bảng 3.3. Góc nghiêng đó chỉ từ 35-360 đối với sợi ngắn, từ 35-380 đối với sợi dài.

Sức kháng cắt của dầm -Vu, KN

Bảng 3.3 Kết quả tính toán sức kháng cắt dầm BT CĐC CST theo mô hình đề xuất (Sợi ngắn)


Chiêu cao dầm- h (mm)


Chiều Rộng b (mm)

Cường độ nén mẫu 28 ngay f’c (MPa)


Cường độ thép dọc-

fy (MPa)


Hàm lượng cốt dọc-ρ (%)


Cường độ thép đai

f wy

(MPa)


Đường kính cốt đai (mm)


K/c cốt đai- s

(mm)


Hàm lượng sợi (%)


Tỷ số hình dạng (Lf/Df)


Góc nứt (θ)

(độ)

Cường độ chịu cắt trung bình-

νu (KN)


Sức kháng cắt-

Vu (KN)

400

150

77.8

512

0.03

383.1

6

300

0

63.63

33.821

2.455

115.61568

400

150

83.4

512

0.03

383.1

6

300

0.63

63.63

34.855

4.247

200.03828

400

150

85

512

0.03

383.1

6

300

1

63.63

35.488

5.248

247.19093

400

150

93

512

0.03

383.1

6

300

1.5

63.63

36.672

6.658

313.61458


350.00000

Vu Hàm lượng sợi

300.00000


250.00000


200.00000


150.00000


100.00000


50.00000


0.00000


0

0.630

1.000

1.500


Vu Hàm lượng sợi

115.61568

200.03828

247.19093

313.61458

)

N (K

Vu

Hình 3.3. Đồ thị mối tương quan giữa Sức kháng cắt dầm BTCĐC CST cấp 70MPa và hàm lượng sợi ngắn (Lf/Df=63.63)


3.3.2. Ảnh hưởng của chiều dài sợi

Vu

400.00000

350.00000

300.00000

250.00000

200.00000

150.00000

100.00000

50.00000

0.00000


Vu(SD)

Vu(SN) 115.61568

200.03828

247.19093

313.61458

Vu(KN)

Tiếp theo tính toán sức kháng cắt của dầm thử nghiệm có chiều cao h=400 (loại B). Khi tính toán theo mô hình đề xuất cho thấy sức kháng cắt của dầm BTCĐC sử dụng sợi dài Lf/Df=60/0.75=80 lớn hơn so với dầm BTCĐC sử dụng sợi ngắn nếu cùng hàm lượng sợi. Biểu đồ so sánh sức kháng cắt của dầm BTCĐC CST cho hai loại sợi như Hình 3.4. Khi có cùng hàm lượng sợi lớn, kích thước sợi ảnh hưởng lớn hơn đối với sức kháng cắt. Đồ thị ở Hình 3.4 cho ta thấy, khi có cùng hàm lượng thấp (0.63%) sử dụng sợi dài cho sức kháng cắt lớn hơn so với sử dụng sợi ngắn 11.24%. Trong khi đó cùng hàm lượng sợi là 1.5%, khi sử dụng sợi dài (80/60) sức kháng cắt lớn hơn 14.66% so với khi sử dụng sợi ngắn (60/35).




0

0.630

1.000

1.500









115.61113

220.46455

278.00614

356.81206

















Sức kháng cắt của dầm -Vu, KN

Hàm lượng sợi,%

Hình 3.4. Sức kháng cắt dầm BTCĐC CST cấp 70MPa khi sử dụng loại sợi ngắn (65/35) và sợi dài (80/60)

3.3.3. Ảnh hưởng của chiều cao dầm

Khảo sát dầm có chiều cao H=450 mm, với hàm lượng sợi và loại sợi tương tự dầm H=400 mm như trình bày trên. Kết quả tính toán sức kháng cắt cho dầm BTCĐC CST cho thấy hàm lương tăng sức kháng cắt tăng rất lớn và sợi dài (Lf/Df=80/60) cho sức kháng cắt lớn hơn. Tuy nhiên khi chiều cao dầm tăng, ứng suất cắt tới hạn trung bình của dầm BT CĐC CST sẽ giảm. Khi dùng mô hình đề xuất, khảo sát dầm


chiều cao H=400mm và H=450mm cho thấy ứng suất cắt tới hạn dầm có chiều cao H=450mm nhỏ hơn so với dầm H=400mm (Bảng 3.4).

Bảng 3.4 So sánh ứng suất cắt trung bình trong dầm BTCĐC CST trong dầm có H=400mm và H=450mm

Hàm lượng sơi (%)

Ứng suất cắt trung bình(MPa)

H=400mm

H=450mm

H=400mm

H=450mm

SN (65/35)

SD (80/60)

0

2.455

2.342

2.455

2.342

0.630

4.247

4.024

4.681

4.433

1.000

5.248

4.941

5.902

5.550

1.500

6.658

6.092

7.575

6.910

Tính toán tải trọng thí nghiệm

Tính toán tải trọng thử nghiệm nhằm mục đích dự báo được tải trọng phá hủy dầm do cắt. Từ đó, xem xét năng lực kích của thiết bị uốn dầm. Từ đó quyết định chọn thiết bị có năng lực phù hợp để phá hủy dầm thử nghiệm. Với sơ đồ dầm uốn 4 điểm như Hình 3.2, để dầm phá hoại do cắt, lực tác dụng lên dầm phải lớn hơn giá trị Ps được tính toán theo sức kháng cắt Vu như sau:


P

s 1.25*Vu 2

Hay Ps=2*1.25*Vu

Giá trị của Vu lấy theo Bảng 3.4 có xét đến hiệu ứng vòm do a/d<2.5. Do lấy a/d =2 nên sức kháng cắt nhân hệ số 1,25 theo như phương trình (2-84)(2-83)

Để dầm không bị phá hoại do uốn. Lực tác dụng được tính toán theo sức kháng uốn ký hiệu là Pm Đối vơi dầm BTCĐC có cốt đai không sử dụng cốt sợi thép, việc tính toán sức kháng uốn theo lý thuyết truyền thống. Sức kháng uốn tính toán được tính toán như sau:

Tính sức kháng uốn của dầm BTCT không sợi:

A f 1520.04 *512

a s y 87.20 (mm)

0.85 f ' *b

c

0.85* 70*150



n

M A f s y

(d a / 2) 1520, 4*512*(336, 5 87.12 / 2) 227983625N.mm 227.984KN.m


Đối với các dầm BTCĐC CST tính sức kháng uốn như công thức đề xuất trong ACI 544-4R88 [32]:

a h e a

Mn =Asfy d- 2 +σt b h-e+ -

2 2 2

A f t b(h e)

a s y

0.85 f ' *b

c

Lực tác dụng tương ứng với sức kháng uốn được tính bằng:

n

P 2* M / 0.75

m

Kết quả tính toán lực tác dụng lên dầm theo các điều kiện phá hoại do cắt mà không phá hoại do uốn cho các dầm thử nghiệm thiết kế như được thống kê trong Bảng 3.5.

Bảng 3.5. Bảng tải trọng tính toán theo lực cắt và mô men tới hạn



KH dầm


b (mm)


H

(mm)


Loại sợi

Hàm lượng sợi Vf

(%)


f’c

K/c cốt đai (s)

Đ/k cốt đai


Vu


(KN)


Ps


(KN)


Mn


(KN.m)


Pm


Pm

>Ps

B-0-300-6-300

150

400


0

77.8

300

6

115.616

234.5

233.96

623.0

OK

B -0.63-300-6-300-SN

150

400

3D 65/35 BG

0.63

83.4

300

6

200.038

401.28

258.35

690.26

OK

B- 1-300-6-300 -SN

150

400

3D 65/35 BG

1

85

300

6

247.191

493.3

271.38

723.41

OK

B-0.63-300-6-300-SD

150

400

3D 80/60 BG

0.63

84.4

300

6

221.088

442.17

264.0

704.0

OK

A-0-300-6-300

150

450

3D 65/35 BG

0

77.8

300


124.03

242.37

277.65

715.87

OK

A -0.63-300-6-300-SN

150

450

3D 65/35 BG

0.63

83.4

300

6

215.6

496.28

289.45

746.33

OK

Tiến hành thử nghiệm

3.5.1. Chế tạo dầm

Ván khuôn:

Chế tạo ván khuôn dầm bằng gỗ đạt yêu cầu về cường độ. Ván khuôn phải đáp ứng được các yêu cầu để đúc dầm với kích thước chính xác nhất và kín khít. Cấu tạo ván khuôn được chế tạo như Hình 3.5 Ván khuôn đúc dầm BTCĐC CST.


Hình 3 5 Ván khuôn đúc dầm BTCĐC CST  Đúc dầm và bảo dưỡng Dầm được 6

Hình 3 5 Ván khuôn đúc dầm BTCĐC CST  Đúc dầm và bảo dưỡng Dầm được 7

Hình 3.5 Ván khuôn đúc dầm BTCĐC CST

Đúc dầm và bảo dưỡng

Dầm được đúc và bảo dưỡng ở điều kiện tiêu chuẩn cho đến khi bê tông đạt đủ 100% cường độ. Các dầm sau khi tháo ván khuôn, bảo dưỡng sau 28 ngày. Dùng sơn trắng để sơn và dùng bút chì kẻ ô sao cho khi dầm nứt dễ quan sát các vết nứt (hình 3.6).

Hình 3 6 Sơn và kẻ ô cho dầm thử nghiệm 3 5 2 Tiến hành uốn dầm Các dầm sau 8

Hình 3.6 Sơn và kẻ ô cho dầm thử nghiệm

3.5.2. Tiến hành uốn dầm

Các dầm sau khi đúc đạt 100% cường độ sẽ tiến hành uốn. Các dầm được đánh số và ký hiệu để nhận biết. Dầm được kê kích và sử dụng thiết bị kích 100T ở phòng Trung tâm thí nghiệm Đại học GTVT để uốn dầm (Hình 3.7)


Hình 3 7 Thí nghiệm uốn dầm Sử dụng thiết bị kích có năng lực 100T để gia 9Hình 3 7 Thí nghiệm uốn dầm Sử dụng thiết bị kích có năng lực 100T để gia 10

Hình 3.7 Thí nghiệm uốn dầm

Sử dụng thiết bị kích có năng lực 100T để gia tải. Để đo tải trọng tác dụng lên dầm sử dụng load cell đặt trên đỉnh dầm như Hình 3.8. Đầu cảm biến đo độ võng được gắn ở giữa nhịp, mặt trước dầm và kết nối với thiết bị do. Các sen xơ đo biến dạng trong bê tông, cốt dọc và đai như Hình 3.2 được kết nối với thiết bị đo. Dầm được gia tải theo từng cấp. Tốc độ gia tải theo mối liên hệ tải trọng (P) và biến dạng.

Load cell

LVDT

Hình 3.8 Sơ đồ bố trí thiết bị đo tải trọng và độ võng khi uốn dầm

Xem tất cả 184 trang.

Ngày đăng: 22/10/2023
Trang chủ Tài liệu miễn phí