Ứng dụng mô hình giàn ảo trong thiết kế dầm cao bê tông cốt thép có gia cường cốt sợi thép

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH GIÀN ẢO TRONG THIẾT KẾ DẦM CAO BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ GIA CƯỜNG CỐT SỢI THÉP Học viên: Vũ Hải Long Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN Mã số:60.58.02.08, Kh

CÓ GIA CƯỜNG CỐT SỢI 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 ĐÀO NGỌC THẾ LỰC

Đà Nẵng - Năm 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả phương án nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Vũ Hải Long

MỤC LỤC

TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Kết quả dự kiến 2

6 Bố cục đề tài 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH GIÀN ẢO, DẦM CAO VÀ BÊ TÔNG CỐT SỢI 3

1.1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH GIÀN ẢO 3

1.1.1 Giới thiệu mô hình giàn ảo 3

1.1.2 Ứng dụng mô hình giàn ảo 3

1.1.3 Các giả thiết cấu tạo và nguyên lý chung lập mô hình giàn ảo 4

1.1.4 Kết cấu của mô hình giàn ảo 8

1.1.5 Các bộ phận cấu thành của mô hình giàn ảo 9

1.1.6 Nội lực trong mô hình giàn ảo 10

1.2 TỔNG QUAN VỀ DẦM CAO 13

1.2.1 Khái niệm dầm cao 13

1.2.2 Các phân tích và trạng thái làm việc của dầm cao 14

1.2.3 Các mô hình giàn ảo đối với dầm cao 15

1.2.4 Tính toán thiết kế, sử dụng các mô hình giàn ảo 17

1.3 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT SỢI 20

1.3.1 Khái quát về bê tông cốt sợi 20

1.3.2 Phân loại bê tông cốt sợi 21

1.3.3 Đặc điểm chung về cốt sợi cho bê tông cốt sợi 22

1.3.4 Lĩnh vực sử dụng bê tông cốt sợi 25

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 26

CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH GIÀN ẢO THIẾT KẾ DẦM CAO BÊ TÔNG

CỐT THÉP CÓ GIA CƯỜNG CỐT SỢI THÉP 26

2.1 DẦM CAO SỬ DỤNG BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP 27

2.1.1 Ứng xử kéo của dầm BT cốt sợi thép không sử dụng cốt thép thường 27

2.1.2 Ứng xử kéo của dầm BT cốt sợi thép có sử dụng cốt thép thường 28

2.1.3 Phương thức mô tả thiết kế dầm cao BT cốt sợi thép 28

2.2 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ TÍNH TOÁN DẦM CAO BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP 29 2.3 LƯU ĐỒ THIẾT KẾ DẦM CAO BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP 33

2.4 THIẾT LẬP BẢNG TÍNH EXCEL 33

2.5 VÍ DỤ THIẾT KẾ MẪU THÍ NGHIỆM 35

2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 39

CHƯƠNG 3: XÁC MINH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VỚI THÍ NGHIỆM 39

3.1 CHẾ TẠO MẪU, THIẾT BỊ VÀ THIẾT LẬP THÍ NGHIỆM 40

3.1.1 Chế tạo mẫu thí nghiệm 40

3.1.2 Thiết bị thí nghiệm 42

3.1.3 Xác định cường độ vật liệu 43

3.1.4 Thiết lập, bố trí thí nghiệm 46

3.2 MÔ TẢ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐO 47

3.2.1 Mô tả kết quả thí nghiệm 47

3.2.2 Đánh giá kết quả đo, xác minh lý thuyết tính toán 48

3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 51

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (bản sao)

BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN.

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH GIÀN ẢO TRONG THIẾT KẾ DẦM CAO BÊ TÔNG

CỐT THÉP CÓ GIA CƯỜNG CỐT SỢI THÉP

Học viên: Vũ Hải Long Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình DD&CN

Mã số:60.58.02.08, Khóa: K34-Khánh Hòa, Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHĐN

Tóm tắt - Mô hình giàn ảo là phương thức thiết kế đơn giản và hiệu quả cho kết cấu dầm cao khi giả thiết tính toán theo Bernulli không còn chính xác Ý tưởng xây dựng mô hình là tưởng tượng kết cấu bê tông cốt thép được mô phỏng bằng một kết cấu giàn ảo bao gồm các thanh chịu nén, các thanh giằng chịu kéo và giao nhau tại vùng nút Sự phá hoại xảy ra khi

bê tông trong thanh chống bị nén vỡ và cốt thép trong thanh giằng bị chảy dẻo

Bê tông là loại vật liệu được ử ụng rộng r i trong x y ựng hiện nay và c khuynh hướng phá hoại giòn Giải pháp pha trộn cốt ợi vào trong ê tông làm thay đ i ứng xử của ê tông, gia tăng độ ẻo ai cho ê tông, hạn chế khe nứt, n ng cao độ an toàn cho kết cấu o đ , việc ứng dụng bê tông cốt sợi thép trong kết cấu dầm cao s làm tăng cường độ thanh chống, khả năng chịu kéo của bê tông cốt sợi được xét đến trong khả năng chịu kéo của thanh giằng nên làm giảm cốt thép trong thanh kéo điều này được bỏ qua đối với bê tông thường Luận văn này nghiên cứu mô hình giàn ảo cho dầm cao bê tông cốt thép gia cường cốt sợi thép và ứng dụng n để thiết lập quy trình thiết kế dầm cao sử dụng vào thiết

kế kết cấu công trình thực tế

Từ khóa – Mô hình giàn ảo (STM), ầm cao, ê tông cốt ợi thép (SFRC), cốt ợi thép

(SF), thiết kế

APPLICATION OF THE STRUT AND TIE METHOD IN DESIGN DEEP BEAMS

FOR STEEL FIBER REINFORCED CONCRETE Abstract – Strut and tie model is a simple and effective design method for deep beam

structure when the calculation hypothesis according to Bernulli is no longer accurate The idea of modeling is to imagine that the reinforced concrete structure is simulated by a Strut and tie structure consisting of compressive struts, tensive ties and intersect at the node area The damage occurs when concrete in the strut is broken and reinforced in the brace is yield Concrete is a material widely used in construction today and tends to damage brittle The solution of mixing fiber into concrete will change the behavior of concrete, increase the toughness for concrete, limit the cracks, improve the safety of the structure Therefore, the application of steel fiber in deep beam structure will increase the strength of the struts, the tensile strength of the concrete is considered in the tensile strength of the tie, thus reducing the reinforcement and this is ignored for normal concrete This thesis will study Strut and Tie models for deep beam reinforced concrete reinforcing steel fiber and apply it to establish deep beam design processes used in actual building structural design

Keywords – Strut and Tie Model (STM); Deep beam; Steel fiber reinforced concrete

(SFRC); Steel fiber (SF); design

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CÁC KÝ HIỆU

Rb : Cường độ chịu nén của bê tông

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Tra hệ số βs, βn là hệ số hiệu quả 12

Bảng 1.2 Thuộc tính của những loại sợi khác nhau 25

Bảng 2.1 Xác định kích thước hình học của mô hình giàn ảo 31

Bảng 2.2 Đặc trưng hình học của dầm 35

Bảng 2.3 Nội lực thanh giàn 36

Bảng 2.4 Xác định bề rộng thanh chống, thanh giằng 37

Bảng 2.5 Bảng tính cốt thép thanh giằng 38

Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm nén mẫu bê tông 44

Bảng 3.2 Số liệu thí nghiệm kéo cốt thép thanh 45

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Ứng dụng mô hình giàn ảo 4

Hình 1.2 Mô hình giàn ảo của dầm bê tông cốt thép nhịp đơn giản 4

Hình 1.3 Giàn đúng và không đúng 7

Hình 1.4 Từ dạng bố trí của các vết nứt suy ra dạng hợp lý của mô hình giàn ảo 8

Hình 1.5 Thanh chống 9

Hình 1.6 Các vùng nút thủy tĩnh 10

Hình 1.7 Các vùng nút trong phần giao nhau của cấu kiện 10

Hình 1.8 Các mô hình tính toán kích thước thanh chống 11

Hình 1.9 Dầm cao 13

Hình 1.10 Quỹ đạo ứng suất 14

Hình 1.11 Dầm cao chịu tải trọng mép đáy 15

Hình 1.12 Mô hình giàn ảo của một dầm cao 16

Hình 1.13 Dầm cao liên tục hai nhịp 16

Hình 1.14 Mô hình giàn ảo đối với một dầm liên tục hai nhịp 17

Hình 1.15 Mô hình giàn ảo và ơ đồ bố trí cốt thép đối với dầm giản đơn 19

Hình 1.16 Mô hình giàn ảo và ơ đồ bố trí cốt thép đối với dầm liên tục 20

Hình 1.1 Ph n loại bê tông cốt sợi phỏng theo Rabovich F.N 23

Hình 1.18 Một số loại cốt sợi dùng cho bê tông cốt sợi 24

Hình 2.1 Dầm cao hai lực tập trung 30

Hình 2.2 Ph phân bố ứng suất trong dầm cao 30

Hình 2.3 Mô hình giàn ảo tính toán dầm cao 31

Hình 2.4 Kích thước dầm bê tông 35

Hình 2.5 Ph phân bố ứng suất trong dầm cao 36

Hình 2.6 Mô hình giàn ảo tính toán dầm cao thí nghiệm 36

Hình 2.7 Mô phỏng mô hình giàn ảo tính toán dầm cao 37

Hình 2.8 Bố trí cốt thép trong dầm cao BT cốt sợi thép 39

Hình 3.1 Hoàn thành lắp đặt cốt thép dầm 40

Hình 3.2 Công tác lắp đặt strain gauge vào cốt thép chủ 41

Hình 3.3 Gia công và lắp đặt ván khuôn dầm 41

Hình 3.4 Đ bê tông và bảo ưỡng dầm bê tông 41

Hình 3.5 Đúc mẫu bê tông mẫu trụ 150×300mm và ưỡng hộ 44

Hình 3.6 Thí nghiệm nén mẫu bê tông 44

Hình 3.7 Thí nghiệp ép chẻ 44

Hình 3.8 Mẫu thép, thí nghiệm kéo thép 45

Hình 3.9 Cốt thép sợi Minox0960-VH, tròn có móc ở hai đầu 45

Hình 3.10 Hình ảnh cốt sợi thép thực tế thí nghiệm 46

Hình 3.11 Lắp đặt thiết bị và thiết bị đo cho mẫu thí nghiệm 47

Hình 3.12 Xuất hiện vết nứt đầu tiên tại cấp tải 150kN 47

Hình 3.13 Vết nứt mới xuất hiện song song vết nứt cũ tại cấp tải 270 kN 48

Hình 3.14 Kết thúc thí nghiệm tại cấp tải 380kN 48

Hình 3.15 Đồ thị quan hệ giữa tải trọng – chuyển vị dầm 49

Hình 3.16 Đồ thị quan hệ giữa tải trọng – chuyển vị dầm 49

Hình 3.1 Đồ thị quan hệ giữa tải trọng – biến dạng bê tông 50

Hình 3.18 Đồ thị quan hệ giữa tải trọng – biến dạng của cốt thép 50

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Mô hình giàn ảo là phương thức thiết kế đơn giản và hiệu quả cho kết cấu dầm cao đặt biệt là các dầm cao có l mở khi giả thiết tính toán theo Bernulli không còn chính xác do sự phân bố biến dạng trong dầm cao là phi tuyến Ý tưởng xây dựng mô hình giàn ảo là dựa vào vùng truyền ứng suất kéo và nén trong kết cấu, khi đ c thể tưởng tượng kết cấu bê tông cốt thép được mô phỏng bằng một kết cấu giàn ảo bao gồm các thanh chịu nén, các thanh giằng chịu kéo và vị trí giao nhau giữa các thanh đ là vùng nút của giàn ảo Quan điểm chịu lực của giàn ảo là xem bê tông chịu nén trong các thanh chống và cốt thép chịu kéo trong các thanh giằng Sự phá hoại xảy ra khi bê tông trong thanh chống bị nén vỡ và cốt thép trong thanh giằng bị chảy dẻo

Bê tông là loại vật liệu được ử ụng rộng r i trong x y ựng hiện nay, ê tông rất phát inh khe nứt, cường độ chịu kéo, khả năng chịu uốn, khả năng chịu tải trọng động kém và thường c khuynh hướng phá hoại giòn Một giải pháp tăng cường khả năng chịu lực của ê tông đ là trộn thêm vào ê tông các loại ợi thép Việc pha trộn cốt ợi vào trong ê tông làm thay đ i ứng xử của ê tông, gia tăng độ ẻo ai cho

ê tông, giúp kéo ài tu i thọ cho các công trình x y ựng, hạn chế khe nứt, n ng cao

độ an toàn cho kết cấu giảm ớt thiệt hại khi kết cấu ị phá vỡ, khả năng hấp thụ năng lượng cao thích hợp cho kết cấu chịu tải trọng động

Như vậy, với những đặc tính về tăng cường độ chịu kéo và nén, việc ứng dụng bê tông cốt sợi thép trong kết cấu dầm cao s mang lại hiệu quả về mặt kĩ thuật khi cường

độ thanh chống được nâng cao, khả năng chịu kéo của bê tông cốt sợi được xét đến trong khả năng chịu kéo của thanh giằng nên làm giảm cốt thép trong thanh kéo điều này được bỏ qua đối với ê tông thường Tuy nhiên, hiện nay các ứng dụng của bê tông cốt sợi thép trong thiết kế dầm cao cũng như ảnh hưởng của hàm lượng cốt sợi đến khả năng chịu tải của dầm cao chưa c nhiều nghiên cứu o đ , việc đề xuất sử dụng bê tông cốt sợi thép và một quy trình tính toán thiết kế dầm cao là cần thiết để sử

dụng vào kết cấu công trình đ là lý o để thực hiện đề tài: “Ứng dụng mô hình giàn

ảo trong thiết kế dầm cao bê tông cốt sợi thép”

2 Mục tiêu nghiên cứu

T ng quan về mô hình chống giằng và các mô hình chống giằng trong thiết kế dầm cao sử dụng bê tông cốt thép c gia cường cốt sợi thép; về bê tông cốt sợi thép

Nghiên cứu mô hình giàn ảo sử dụng cốt sợi thép, xây dựng quy trình tính toán và bảng tính cho dầm cao sử dụng bê tông cốt thép c gia cường cốt sợi thép

Thực hiện ví dụ tính toán

Xác minh mô hình tính với kết quả thí nghiệm

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Dầm cao

Phạm vi nghiên cứu: Mô hình giàn ảo trong thiết kế dầm cao bê tông cốt thép

c gia cường cốt sợi thép

4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp lý thuyết:

Thu thập tài liệu, tìm hiểu lý thuyết tính toán dầm cao, lý thuyết mô hình giàn ảo trong tiêu chuẩn ACI và các tài liệu hiện có về mô hình giàn ảo tính toán cho dầm cao

bê tông cốt thép

Đề xuất quy trình thiết kế dầm cao sử dụng mô hình giàn ảo trong thiết kế dầm cao

sử dụng bê tông cốt thép c gia cường cốt sợi thép, khảo sát các tham số ảnh hưởng

Phương pháp thực nghiệm: Xác minh kết quả tính toán lý thuyết với kết quả thực nghiệm

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH GIÀN ẢO, DẦM CAO

VÀ BÊ TÔNG CỐT SỢI

1.1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH GIÀN ẢO

1.1.1 Giới thiệu mô hình giàn ảo

Cấu kiện BTCT khi xét ở giới hạn cực hạn s có sự thay đ i lớn trong trạng thái

làm việc của các bộ phận cấu kiện Trạng thái làm việc của các bộ phận được chia làm

Trong vùng B trạng thái ứng suất tại một mặt cắt bất kỳ d dàng tính toán từ các

tác động tại một mặt cắt bằng các phương pháp thông thường, với điều kiện là vùng

này không bị nứt và thỏa m n định luật Húc, các ứng suất s được tính toán theo lý

thuyết uốn sử dụng các đặc trưng mặt cắt

Trong vùng D trạng thái ứng suất bị thay đ i đột ngột, bị gián đoạn về hình học

(những ch bị lồi lõm, các góc khung ) hoặc bị gián đoạn về tĩnh học ( những nơi c

lực tập trung) Gián đoạn tĩnh học phát sinh từ các lực tập trung hoặc các phản lực gối

và các neo cốt thép dự ứng lực

Cách giải quyết vùng D: Từ trước đến nay phần lớn việc tính toán kết cấu bê tông

cốt thép chỉ quan tâm nhiều đến vùng B, việc tính toán thiết kế vùng thường dựa

trên kinh nghiệm hoặc quan sát thực nghiệm Trong thời gian gần đ y việc nghiên cứu

tính toán vùng đ được các t chức: Hiệp hội bê tông dự ứng lực, viện bê tông Hoa

kỳ và Ủy ban bê tông Châu Âu nghiên cứu đưa ra những quy định tiêu chuẩn thiết kế

đối với vùng D khá chi tiết Theo các t chức này thì trạng thái làm việc của bê tông

trong giai đoạn giới hạn cực hạn được tính theo mô hình toán cơ và mô hình tốt nhất

được sử dụng là mô hình hình giàn ảo

1.1.2 Ứng dụng mô hình giàn ảo

Mô hình giàn ảo được ứng dụng trong phân tích và thiết kế cho vùng gần tải

trọng tập trung, các góc và các liên kết của khung, vùng gần lỗ h ng, những vùng có

biến dạng phi tuyến

Hình 1.1 Ứng dụng mô hình giàn ảo

1.1.3 Các giả thiết cấu tạo và nguyên lý chung lập mô hình giàn ảo [4]

Trạng thái làm việc của vùng D có thể được mô tả như au:

Trước khi hình thành vết nứt, một trường ứng suất đàn hồi tồn tại có thể xác định bằng cách sử dụng phương pháp ph n tích đàn hồi Khi hình thành vết nứt s làm đảo lộn trường ứng suất này, gây ra sự phân bố, định hướng lại mà chủ yếu là các thành phần nội lực Sau khi hình thành vết nứt các thành phần nội lực có thể được mô hình hóa bằng cách sử dụng mô hình giàn ảo Khi đ c thể tưởng tượng kết cấu bê tông côt thép được mô phỏng bằng một kết cấu giàn ảo bao gồm các thanh chịu nén, các thanh giằng chịu kéo và các nối của các thanh đ là vùng nút của giàn ảo Nếu phần đầu mút của thanh chống hẹp hơn so với ở đoạn giữa của các chống này có thể nứt theo chiều dọc Các thanh chống có cốt thép nằm ngang để chống nứt có thể chịu tải trọng lớn hơn và hư hỏng do bị nén vỡ Sự hư hỏng cũng c thể do sự chảy dẻo của các thanh giằng chịu kéo có chiều hướng phá hoại dẻo

Hình 1.2 Mô hình giàn ảo của dầm bê tông cốt thép nhịp đơn giản

a Các giả thiết

Xét dầm đơn giản chịu tác dụng của lực tập trung, bị nứt:

Trong dầm s có hệ lực với các thành phần :

(1) Lực nén trong bản cánh dầm phía đỉnh, Ct;

(2) Lực kéo phía đáy, T ;

(3) Lực kéo thẳng đứng trong cốt thép đai, Tv;

(4) Lực nén nghiêng trong thanh chéo bê tông giữa các vết nứt xiên, Ci;

Hệ lực này được thay thế bằng một mô hình giàn ảo Để thiết lập mô hình giàn

ảo, cần có các giả định và đơn giản hóa Cụ thể như au:

+ Tất cả cốt thép đai ị cắt theo mặt cắt A-A được mô hình hóa thành một cấu kiện thẳng đứng b-c gọi là thanh giằng (ảo)

+ Tất cả cấu kiện bê tông bị cắt theo mặt cắt B-B được mô hình hóa thành cấu kiện e-f gọi là thanh chống (ảo) Cấu kiện xiên này chịu ứng suất nén để kháng lại lực cắt trên mặt cắt B-B

+ Phần biên trên giàn ảo chịu nén dọc là một lực thực sự trong ê tông nhưng được biểu di n ưới dạng một cấu kiện giàn ảo

+ Các cấu kiện nén trong giàn ảo được v bằng các đường nét đứt để ám chỉ chúng là các lực trong bê tông Các cấu kiện chịu kéo được quy ước v bằng đường nét liền

b Các bước chung để thành lập một mô hình giàn ảo

Đầu tiên phải xác định đầy đủ các điều kiện biên của những vùng được mô hình hóa, ta có thể làm như au:

+ Xác định kích thước hình học, tải trọng, điều kiện gối của toàn bộ kết cấu + Chia 3 kích thước kết cấu bằng những mặt phẳng khác nhau để d dàng phân tích riêng bởi mặt trung bình của hệ thanh Phần lớn các trường hợp kết cấu s được chia theo các mặt trực giao hoặc có thể song song với nhau

+ Xác định phản lực gối bằng các ơ đồ tĩnh học lý tưởng (như khung, ầm liên tục) Với những kết cấu iêu tĩnh, giả thiết sự làm việc là đàn hồi tuyến tính

+ Chia kết cấu thành những vùng B và D

+ Xác định nội ứng suất của những vùng B và xác định kích thước của những vùng B bằng mô hình giàn ảo hoặc sử dụng những phương pháp thông thường mà Quy trình thiết kế đ cho phép

+ Xác định những lực tác dụng lên riêng vùng để phục vụ cho việc xét đường truyền lực của chúng Ngoài tải trọng ra còn phải xét những ứng suất biên trong những mặt cắt phân chia các vùng “D” và “B”, chúng được lấy từ kết quả thiết kế vùng “B” theo các giả định và mô hình của vùng B

+ Kiểm tra những vùng D riêng r theo sự cân bằng

c Định hướng tối ưu hóa mô hình giàn ảo

Hiểu biết về sự phân bố ứng suất là tối quan trọng đối với người thiết kế, cho phép chúng ta giảm đi một số lượng lớn các mô hình mà vẫn đảm bảo được các điều kiện sử dụng đặt ra của kết cấu Do vậy để tạo thuận lợi cho việc định hướng, các mô hình theo dòng lực biểu thị bởi ứng suất đàn hồi

Để đưa ra cách ố trí cốt thép thích hợp và khả thi cần có một vài điều chỉnh mô hình theo dòng lực và phù hợp với các đặc tính đặc trưng riêng của kết cấu bê tông cốt thép Điều này bao gồm các yêu cầu sau:

+ Cách bố trí cốt thép nên thỏa mãn các yêu cầu thực tế để đơn giản hóa việc lập

mô hình như ử dụng các thanh cốt thép thẳng với số lượng các chỗ uốn cong là tối thiểu, nên bố trí các cốt thép thẳng góc và song song với các cạnh của kết cấu khi có thể

+ Các cốt thép gần bề mặt nên được đặt lựa theo các cạnh và các mặt của kết cấu

để khống chế nứt một cách hợp lý

+ Trong trạng thái ê tông đ nứt, các thanh cốt thép s hướng theo dòng của các lực kéo, thực chất chúng là các thanh kéo của mô hình, vị trí của chúng luôn được biết trước

+ Sự sắp xếp của cốt thép cần phải đủ tương ứng với mọi trường hợp tải trọng khác nhau Điều này là một trong các lý do giải thích tại sao quỹ đạo ứng suất không phải là cơ ở duy nhất cho thiết kế cốt thép, mà quỹ đạo ứng suất s biến đ i như một hàm của tải trọng

+ Sự hình thành các vết nứt và biến dạng dẻo của vật liệu kết cấu s làm phân phối lại nội lực như được xác định trên cơ ở của lý thuyết đàn hồi Mô hình lựa chọn

là mô hình cho thấy rõ kết cấu phục vụ để mang những lực tối thiểu và biến dạng có thể Vì các thanh kéo (cốt thép) có biến dạng lớn hơn các thanh chống (bê tông) nên

mô hình các thanh kéo nhỏ nhất và ngắn nhất s là tốt nhất Trong trường hợp nghi

vấn, kết quả chiều dài thanh li và lực kéo Ti có thể được sử dụng như một tiêu chuẩn

để tối ưu h a mô hình:

im um li

Với trường hợp ngoại lệ, các thanh chống chịu ứng suất lớn trên một chiều ài đáng

kể, vì vậy nó s có biến dạng trung ình cao tương tự như iến dạng của các thanh kéo, nó cũng s được đưa vào trong tiêu chuẩn tối ưu:

im um li

Trong đ :

Fi: Lực trong thanh chống hoặc thanh nén thứ i

Li: Chiều dài của thanh i

i : Biến dạng trung bình của thanh i

Hình 1.3.Giàn đúng và không đúng

Cách tiếp cận này s cho phép cùng một lúc xem xét các biến dạng nhỏ hơn của các thanh kéo trong kết cấu ê tông đ nứt hoặc chưa nứt Nguyên tắc này giúp loại trừ các mô hình sai

d Sự phù hợp mô hình giàn ảo với thực trạng các vết nứt

Nếu như có sẵn các bức ảnh về các mẫu vết nứt thì có thể giúp ta chọn một mô hình giàn ảo tốt nhất

Hình sau thể hiện mẫu vết nứt trong một đầu lắp mộng ở vùng tựa của một dầm đúc ẵn

Hình 1.4 Từ dạng bố trí của các vết nứt suy ra dạng hợp lý của mô hình giàn ảo

Trong hình (d) thanh chống B- đi qua một vùng nứt mẫu thí nghiệm, điều này cho thấy đấy không phải là vị trí hợp lý với thanh chống

1.1.4 Kết cấu của mô hình giàn ảo [4]

Kết cấu và hình dạng của mô hình giàn ảo được xác định bằng cánh tay đòn nội ngẫu lực z giữa hai thanh mạ và góc của thanh chống xiên hoặc ứng suất nén của thân giàn ảo Việc xác định z và theo nguyên tắc sau

a Cánh tay đòn ngẫu lực z

Được xác định từ việc thiết kế chịu uốn của mặt cắt ngang tại các vị trí có mômen lớn nhất N được xem là không đ i trong suốt vùng có mômen uốn giữ nguyên dấu

Với j: Hệ số không thứ nguyên (theo ACI lấy gần đúng =0,8 5-1)

d: Chiều cao mặt cắt ngang dầm

b Góc nghiêng của thanh chống xiên

Được xác định từ việc thiết kế chịu cắt của mặt cắt ngang và những thay đ i về

độ lớn của lực dọc trục hoặc lực căng trước N được xem là không đ i trong suốt vùng có lực cắt giữ nguyên dấu

1.1.5 Các bộ phận cấu thành của mô hình giàn ảo

a Thanh chịu nén ảo

Hình 1.5 Thanh chống

Trong mô hình giàn ảo, các thanh chống tương ứng với các trường ứng suất nén của ê tông theo hướng của thanh chống Các thanh chống được lý tưởng hóa có dạng như lăng trụ hoặc các cấu kiện thon đều nhưng thường thay đ i mặt cắt ngang dọc theo chiều dài của nó, vì bê tông ở đoạn giữa chiều dài thanh chống rộng hơn o với hai đầu Đôi khi là thành ạng hình chai hoặc các mô hình giàn cục bộ Việc trải rộng các lực nén làm tăng lực kéo ngang, có thể là nguyên nhân làm cho thanh chịu kéo bị nứt theo chiều dọc Nếu thanh chống không có cốt thép ngang, nó có thể bị hư hỏng sau khi sự hình thành vết nứt này xảy ra Trong các mô hình chống và giằng, các thanh chống được thể hiện bằng các đường đứt dọc theo trục của các thanh chống

b Các thanh chịu kéo ảo

Bộ phận cấu thành chính thứ hai của một mô hình giàn ảo là thanh chịu kéo Thanh kéo này tương đương với một hoặc một vài lớp cốt thép đặt cùng hướng được thiết kế với As.fy Tn trong đ Tn = Tu là lực do thanh kéo kháng lại

Các thanh giằng chịu kéo có thể bị phá hỏng do không có neo giằng ở đầu Sự neo giằng của các thanh chịu kéo trong các vùng nút là một phần quan trọng của việc tính toán thiết kế vùng D sử dụng mô hình giàn ảo Các thanh chịu kéo thể hiện bằng các đường liền nét trong mô hình giàn ảo

c Các nút của giàn ảo

Các mối nối trong mô hình thanh chịu kéo và thanh chống còn được hiểu như là các vùng nút Ba hoặc nhiều lực gặp nhau tại một nút Các lực gặp nhau tại một nút phải cân bằng c nghĩa là Fx=0, Fy = 0 và M = 0 đối với điểm nút Điều kiện thứ

3 ngụ ý rằng các đường tác dụng lực phải đi qua một điểm chung hoặc có thể phân tích được thành các lực mà chúng tác dụng qua một điểm chung

Hình 1.7 Các vùng nút trong phần giao nhau của cấu kiện

1.1.6 Nội lực trong mô hình giàn ảo

a Cường độ nút

n cu

Trong đ : A n diện tích mặt cắt vuông góc với phương chịu lực (mm2), f celà cường

độ nén hiệu quả của vùng nút (MPa):

'

85 ,

Với: β 2 là hệ số hiệu quả xác định theo Bảng 1.1, fc' là cường chịu nén (MPa)

b Cường độ thanh chịu nén

Trong đ : f cu là cường độ chịu nén hiệu quả (MPa), A c là diện tích mặt cắt ngang

Trường hợp a): đ y là ạng nút hay gặp trong các dầm để mô hình hóa vùng neo

của cốt thép đai với các cốt thép dọc Về mặt chịu lực, đ y là nút CTT (1 thanh nén, 2 thanh kéo) Do các thanh cốt thép đứng được neo bởi thanh cốt thép dọc nên độ cứng của thanh cốt thép dọc s ảnh hưởng đến chiều rộng của thanh nén Phạm vi ảnh hưởng

thì kích thước theo chiều dày của thanh nén được xác định như trên mặt cắt x-x

a) Thanh nén được neo bằng cốt thép

b) Thanh nén được neo bằng gối và cốt thép c)Thanh nén được neo bằng gối và thanh nén

Hình 1.8 Các mô hình tính toán kích thước thanh chống [4]

Trường hợp b): đ y là ạng nút hay gặp ở khu vực đầu dầm có gối hoặc nơi đặt

lực tập trung ở các dầm cao Về mặt chịu lực, nút này có dạng CCT (hai thanh nén,

đủ bố trí các thanh cốt thép chịu kéo và bề rộng vùng ảnh hưởng của cốt thép Nếu các

nêu trên Khi đ iết chiều cao vùng nút h a và bề rộng tấm gối l b, chiều rộng có hiệu của thanh nén s được xác định theo nguyên tắc nút thủy tĩnh và ự mở rộng vùng nút

đ trình ày ở trên

Trường hợp c): là dạng nút hay gặp trong mô hình dầm cao, vai đỡ …về mặt chịu

tính theo nguyên tắc nút thủy tĩnh

Cường độ nén hiệu quả f cetrong thanh nén được xác định:

'

85 ,

Bảng 1.1 Tra hệ số β s , β n là hệ số hiệu quả

Kiểu thanh chống hay nút của mô hình giàn ảo β s,

β n

Đối chiếu ACI 318-11

c Cường độ của thanh giằng

Cường độ anh định của thanh kéo được xác định thông qua cường độ của cốt thép thường và dự ứng lực:

1.2.1 Khái niệm dầm cao

Tác động dầm cao được xét đến khi thiết kế chịu uốn ln/dc nhỏ hơn hoặc bằng 5/2 (đối với các nhịp liên tục) hoặc 5/4 đối với nhịp đơn, các nhịp ngắn hơn phải được thiết kế c “tính đến sự biến dạng không tuyến tính”, ngoài ra tác động của dầm cao còn được xét đến khi thiết kế chịu cắt nếu ln/d nhỏ hơn 5 hoặc dầm chịu tải ở đỉnh nút hoặc bề mặt chịu nén Vậy dầm cao là dầm mà trong đ lực nén của tải trọng tập trung đáng kể tại các gối đỡ Điều này xuất hiện nếu tải trọng tập trung tác động lớn hơn khoảng 2d tới gối đỡ hoặc đối với các dầm tải trọng phân bố đều có tỉ số nhịp với chiều cao, ln/d nhỏ hơn khoảng 4 đến 5

Hình 1.9 Dầm cao

1.2.2 Các phân tích và trạng thái làm việc của dầm cao

Hình 1.10 Quỹ đạo ứng suất

Những ph n tích đàn hồi đối với các ầm cao ở trạng thái chưa nứt chỉ c ý nghĩa trước khi hình thành vết nứt Trong một ầm cao, ự hình thành vết nứt xuất hiện ở một phần a đến một nửa tải trọng giới hạn Sau khi các vết nứt phát triển, ự ph n ố lại các ứng uất chính là cần thiết vì c thể không c lực kéo ngang qua vết nứt, kết quả ph n tích đàn hồi là mối quan t m chủ yếu vì chúng thể hiện ự ph n ố các ứng uất g y ra vết nứt và đưa ra chỉ ẫn về hướng cho vết nứt và òng lực au khi nứt Trong hình 1.10.a, các đường đứt nét là các quỹ đạo ứng uất nén ong ong với hướng của ứng uất nén chính và các đường liền nét là các quỹ đạo ứng uất kéo ong ong với các ứng uất kéo chính Các vết nứt được ự đoán xuất hiện vuông g c với các đường liền nét ( ong ong với các đường liền nét đứt )

Trong trường hợp ầm giản đơn đỡ tải trọng tập trung giữa nhịp, các ứng uất nén chính tác ụng gần như ong ong với các đường nối tải trọng và các trục đỡ, các ứng uất kéo chính lớn nhất tác ụng ong ong với đáy ầm, các ứng uất nén và các ứng uất kéo ngang trên mặt phẳng thẳng đứng ở điểm giữa nhịp ( hình 1.10)

ầm giản đơn đàn hồi chưa nứt đỡ một tải trọng đều c các quỹ đạo ứng uất như thể hiện trong hình 1 Sự ph n ố các ứng uất ngang trên các mặt phẳng thẳng đứng tại giữa nhịp và tại 1/4 nhịp Các quỹ đạo ứng uất c thể được iểu i n ằng một giàn giản đơn hoặc một giàn phức tạp hơn Trong trường hợp đầu tiên, tải trọng được chia thành hai phần, mỗi phần được thể hiện ằng một vectơ hợp lực của n Trong

= 1,0 hoặc nhỏ hơn đến khoảng 55o đối với l/ = 2,0

Hình 1.10a thể hiện quỹ đạo ứng uất đối với một ầm cao đỡ tải trọng đều tác ụng lên một mép tại mặt ưới ầm Các quỹ đạo chịu nén tạo nên một vòm với các tải trọng treo từ vòm đ ( hình 1.10 và 1.10c ), mẫu vết nứt như hình 1.10 thể hiện tải trọng được truyền từ trên nhờ cốt thép cho đến khi n tác ụng lên vòm chịu nén, au

đ vòm truyền tải trọng xuống trụ đỡ

Biểu đồ tương tự được đưa ra trong hình 1.11 và các mô hình giàn cho thấy lực trong thanh giằng ọc không đ i ọc theo chiều ài của ầm cao Điều này c nghĩa

là lực này phải được nén chặt lại tại các mối nối trên khắp các phản lực

Sự hư hỏng c liên quan đến phần trên là nguyên nh n chính g y ra ự cố trong

ầm cao

Hình 1.11 Dầm cao chịu tải trọng mép đáy

1.2.3 Các mô hình giàn ảo đối với dầm cao

Hình 1.12 thể hiện mô hình dàn ảo đối với 1 dầm cao Các tải trọng phản lực, các thanh chống và giằng được bố trí sao cho các trọng tâm của mỗi cấu kiện giàn và các đường tác dụng của tải trọng tác dụng từ bên ngoài trùng nhau từ mối nối Điều này cần thiết cho sự cân bằng mối nối, trong một dầm bêtông cốt thép, sự neo dầm s được tiến hành hoàn chỉnh bằng các móc theo chiều thẳng đứng hoặc chiều nằm ngang, hoặc trong các trường hợp cực hạn bằng tấm neo như đ thể hiện

Hình 1.12 Mô hình giàn ảo của một dầm cao

Ví dụ trong một dầm giản đơn với các cốt thép đai thẳng đứng, chịu tải trọng tác dụng giữa nhịp Đ y là ự kết hợp của một vài giàn, một giàn sử dụng một thanh chống trực tiếp kéo dài từ tải trọng đến trụ đỡ Giàn này chịu lực cắt Vc Một giàn khác sử dụng các cốt thép đai như các cấu kiện chịu kéo thẳng đứng và có các quạt chịu nén ưới tải trọng và trên các phản lực, lực thẳng đứng trong mỗi cốt thép đai tính được bằng cách giả định là cốt thép đai đ chảy dẻo Thành phần lực thẳng đứng trong mỗi thanh chống chịu nén nhỏ phải bằng giới hạn chảy của cốt thép đai của n để mối nối ở trong trạng thái cân bằng, không sử dụng cốt thép đai phía xa nhất, vì không thể kéo một thanh xiên chịu nén từ điểm đặt tải trọng đến đáy của cốt thép này không lấn vào thanh chống chịu nén trực tiếp

Hình 1.13 Dầm cao liên tục hai nhịp

Ví dụ hình v 1.14a thể hiện mô hình giàn ảo cho một dầm liên tục hai nhịp Hơn nữa, các thanh chống được thể hiện bằng phần đánh ng đậm, tại trụ đỡ bên trong có hai giàn chịu tải trọng

Hình 1.14 Mô hình giàn ảo đối với một dầm liên tục hai nhịp

Giàn bên trên (hình1.14.b) sử dụng cốt thép đỉnh có lực kéo T2 và giàn ên ưới (

dạng của các tam giác và các giá trị Ac.fy của cánh chịu kéo Độ lớn của dầm tìm được bằng cách cộng chúng lại với nhau, lực T1 và T2 neo tại các điểm chịu tải và trụ đỡ tại các tấm gối Thực ra, các thanh cốt thép s được neo bằng cách kéo dài hoặc m c vượt

ra ngoài các vị trí của các tấm neo gối Lưu ý rằng các lực kéo T1 và T2 được giả định

là không đ i giữa các tấm neo gối

1.2.4 Tính toán thiết kế, sử dụng các mô hình giàn ảo

Sự tính toán thiết kế dầm cao sử dụng mô hình giàn ảo bao gồm việc bố trí một giàn truyền các tải trọng cần thiết Một khi đ tìm ra được một giàn thỏa mãn, các mối nối và các cấu kiện của giàn phải được thiết kế chi tiết để truyền các lực cần thiết, các kích thước t ng thể của giàn phải đạt đến mức sao cho toàn bộ giàn vừa khít bên trong dầm và có lớp ngoài tương xứng

Các dầm cao liên tục là các cấu kiện rất cứng và theo đúng nghĩa là rất nhạy với

độ lún không đều giữa các trục đỡ của chúng do sự chuyển dịch móng và do chiều cao không đều nhau giữa các cột đỡ dầm Giai đoạn đầu tiên trong tính toán thiết kế một dầm như vậy là ước tính vùng phản lực và sử dụng nó dể tính các đường bao lực cắt và mômen, mặc dù có thể xảy ra sự phân bố lại mômen và lực cắt nào đ nhưng t ng lượng s bị giới hạn

Vấn đề quan trọng là lựa chọn mô hình đỡ tải trọng Hướng của các thanh chống chịu nén trong mỗi nhịp chịu cắt phải cùng hướng chung của các ứng suất chính trong nhịp chịu cắt đ , các quỹ đạo ứng suất đ được đơn giản hóa s thực sự hữu ích trong việc thiết lập mô hình giàn, các nghiên cứu đ đưa ra đề nghị rằng các thanh chống nên

của các góc thể hiện trong các hình này

Khi có thể sử dụng được một vài giàn khác nhau; trong số đ , giàn nào c lượng cốt thép ít nhất giàn đ được xem là mô hình hóa chính xác nhất trạng thái làm việc của một dầm bê tông Giàn này s đạt đến các quỹ đạo ứng suất đàn hồi, o độ cứng của hai loại vật liệu bêtông và cốt thép khác nhau

Nếu dầm đủ mảnh để các vùng quạt chịu nén tại tải trọng và trụ đỡ không chồng lên nhau, thì s không tồn tại thanh chống chịu nén chính thay vào đ là một vùng chịu nén, trong trường hợp này góc của vùng chịu nén xác định được bằng cách sử dụng phương trình au:

) (

110

d j b f

v w c

u

(1.9)

Với 25o<= <= 65o Khi thiết lập hình dạng của giàn, ước tính về lực đầu tiên trong cấu kiện có thể được xác định Trong nhiều trường hợp, các giàn gần như rất kh xác định, tuy nhiên các giàn như vậy có thể giải quyết được một cách d dàng bằng cách giả định rằng các cốt đai chảy dẻo và cốt thép dọc chảy dẻo ở các điểm mômen cực đại Sau đ c thể tính được lực trong mỗi cấu kiện và từ đ tính toán được kích thước cần thiết đối với mỗi cấu kiện chịu nén để chịu các lực nén yêu cầu Các thanh chống chịu nén s chịu ứng suất fce Thông thường fce = 0,5 f’c trong các dầm cao

Trong giai đoạn này điều thiết yếu là giàn s được v theo tỷ lệ nhất định để thiết lập kích thước các phần tử thủy tĩnh tại giao điểm các cấu kiện giàn Khi điều này được thực hiện, độ nghiêng của một số thanh chống s được thực hiện, độ nghiêng của

một số thanh chống s được thay đ i và tính toán lại lực trong thanh chống, au đ mới đòi hỏi giàn phải v lại theo tỉ lệ Quá trình này được lặp lại cho tới khi đạt được sự hội tụ, thường là một hoặc hai chu kỳ, khi quá trình này di n ra, cốt thép được lựa chọn để đủ cung cấp trị số As.fy bằng hoặc lớn hơn các lực kéo trong mỗi cốt thép dài

và trong các thanh giằng

Các thanh xiên chịu nén tỏa ra từ điểm đặt tải cắt các cốt thép đai tại cao độ trọng tâm của cốt thép đáy, o cần có sự thay đ i lực của cốt thép đáy để cân bằng với thành phần của lực ngang trong thanh xiên chịu nén Lực trong cốt thép đáy ị giảm xuống tại mỗi thanh cốt thép đai nhờ thành phần ngang của thanh xiên chịu nén cắt nhau tại điểm đ , trong đ đường bậc thang thể hiện lực kéo hợp thành trong cốt thép đáy, lực kéo được tính toán từ lý thuyết dầm M/jd thể hiện bằng đường nét đứt

Có thể thiết kế dầm cao bằng mô hình giàn ảo Nên chú ý vị trí nút trên các gối

đỡ Lượng cốt thép tối thiểu là 0,1% so với mặt cắt bê tông theo từng hướng nên được

bố trí trên từng mặt

Mô hình giàn ảo là việc bố trí thép của một dầm cao trên hai gối được thể hiện

trên hình 1.15 Cánh tay đòn z nên đước lấy ở mức z = 0,6.l sao cho lực trong thanh biên chịu kéo vào khoảng Fs = 0,2q.l = 0,4A ( A : phản lực tại gối tựa )

Vùng gối của các dầm liên tục có thể được thiết kế bằng mô hình thể hiện trên hình 1.16 Theo hướng dẫn của FIP , thường thì cốt thép trên toàn bộ vùng gối nên

được tính toán với lực Fs = 0,2q.l và nên đước bố trí trên toàn bộ chiều cao 0,6l, lực trong thanh mạ chịu kéo nên lấy Fs = 0,16q.l ở tại đầu nhịp ( hình 1.16.a ) và Fs = 0.09.q.l ở các nhịp trung gian

Hình 1.15 Mô hình giàn ảo và sơ đồ bố trí cốt thép đối với dầm giản đơn

Hình 1.16 Mô hình giàn ảo và sơ đồ bố trí cốt thép đối với dầm liên tục

1.3 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT SỢI

1.3.1 Khái quát về bê tông cốt sợi

Hiện nay êtông được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới, trong đ c nhiều chủng loại êtông khác nhau Vì tính ph biến của vật liệu này mà hàng năm trên toàn thế giới đ tiến hành hàng loạt thí nghiệm nghiên cứu các tính chất cơ lý của vật liệu bêtông nhằm hoàn thiện và đánh giá đúng hơn ự làm việc của vật liệu này Trong đ , việc nghiên cứu cải thiện các tính chất cơ lý của êtông cũng được quan tâm sâu sắc Một trong những phương pháp tăng một số tính chất cơ lý của bêtông là b sung cốt sợi như một cốt liệu cơ ản của hỗn hợp vữa bêtông Nguồn gốc của việc sử dụng cốt sợi cho bêtông bắt đầu từ thời Ai cập c đại, khi người ta dùng sợi amiăng để gia cố cho những chậu đất sét khoảng 5000 năm trước Cũng c nhiều quan điểm cho rằng, nguồn gốc của êtông cốt ợi không phải ắt đầu o con người, mà là o một loại chim

thông minh ở vùng Nam Mỹ Loại chim này x y ựng t trên những ngọn c y cao từ đất ét c gia cố những ợi rơm Tuy nhiên, ự phát triển của bêtông cốt sợi hiện đại được đánh ấu từ năm 184 khi o ehp Lam ot được trao ằng áng chế cho việc ử ụng những ợi liên tục cho êtông để nhận được một vật liệu mới Năm 18 , một cấu kiện compo it được ản xuất từ ximăng và ợi amiăng o Lhat hele phát minh Năm 1 10, Porter đ tiến hành hàng loạt thí nghiệm nhằm tăng cường độ của êtông ằng việc ung những ợi ngắn vào trong hỗn hợp vữa Tác giả đ kết luận rằng, việc ung các cốt ợi làm tăng cường độ chịu kéo và chịu nén của êtông

Hiện nay những chương trình nghiên cứu hướng đến việc phát triển êtông cốt

ợi thép và một ố loại cốt ợi khác vẫn phát triển mạnh Các nghiên cứu khoa học cũng cho thấy rằng, việc ung cốt ợi ngoài việc làm tăng cường độ chịu kéo và chịu nén của bê tông còn làm giảm iến ạng co ng t của êtông và làm giảm ự gi n

nở vì nhiệt của êtông

Kết quả các nghiên cứu khoa học đ chứng minh được những ưu điểm của êtông cốt sợi, tuy nhiên những ứng ụng thực ti n của vật liệu này hiện còn rất hạn chế Hầu hết êtông cốt ợi chủ yếu được ử ụng cho những kết cấu với mục đích hạn chế xuất hiện vết nứt, ngoài ra c thể ử ụng êtông cốt ợi để làm nền m ng trong các nhà máy điện nguyên tử Cũng giống như êtông, êtông cốt ợi c thể làm việc ưới tác ụng của nhiệt độ cao, thậm chí là rất cao

Tại Việt Nam vấn đề bêtông cốt sợi và bêtông cốt sợi thép đ ước đầu được quan tâm nghiên cứu và công bố tại ĐH GTVT, ĐH X , ĐH Bách Khoa TPHCM, viện KHCNXD, viện KHCN GTVT … Các nghiên cứu thực nghiệm tại các đơn vị này được tiến hành với các loại cốt sợi khác nhau, trong đ c cả cốt liệu xơ ừa Hầu hết các nghiên cứu đều cho các kết quả khả quan

1.3.2 Phân loại bê tông cốt sợi

Bêtông cốt sợi là một phần của vật liệu composit, vật liệu này có thể phân loại theo một số đặc tính: theo chất kết dính và theo loại cốt sợi, theo hướng phân bố cốt sợi, theo các phương pháp chế tạo Hiện nay có rất nhiều cách phân loại bêtông cốt sợi, ph biến nhất là 4 cách phân loại: theo cường độ bêtông; theo thể tích sợi; theo chất kết dính và phân loại theo loại cốt sợi

Theo cường độ bêtông cốt sợi được phân ra các loại sau:

- Bêtông cốt sợi

- Bêtông cốt sợi cường độ cao

- Bêtông cốt sợi iêu cường độ

Theo thể tích sợi:

- Bêtông cốt sợi (0,25-2,5 %)

- Bêtông nhiều cốt sợi (10-25 %)

Theo chất kết dính (pha nền):

- Bêtông ximăng cốt sợi

- Bêtông polyme cốt sợi (Epoxy)

Theo loại cốt sợi:

Để chế tạo bêtông cốt sợi phân tán hiện nay người ta sử dụng các loại sợi sau:

1.3.3 Đặc điểm chung về cốt sợi cho bê tông cốt sợi

Khả năng chịu kéo của bêtông rất kém Những vết nứt bắt đầu xuất hiện trong khối bêtông khi tải trọng tác dụng bằng (20-40)% khả năng chịu lực của cấu kiện Còn khi tải trọng vào khoảng (40-60) % khả năng chịu lực của cấu kiện thì những vết nứt lớn bắt đầu xuất hiện Những thành phần chính của êtông thường không thể chống

đỡ được tải trọng kéo mặc ù chúng được tăng cường những thanh liên tục ở vùng chịu kéo của kết cấu dầm (cốt thép) Những thanh dọc chịu lực vẫn không thể hạn chế được sự phát triển những vết nứt lớn và những vết nứt nhỏ Chức năng của cốt dọc chịu lực là chịu lực căng xuất hiện trong vùng chịu kéo của bêtông Sự tăng cường thêm vào những cốt sợi phân tán s hạn chế sự phát triển những vết nứt nhỏ (vi vết nứt) Những sợi được tăng cường cho vật liệu giòn đ được ứng dụng từ rất sớm và ngày một phát triển, những loại sợi được sử dụng ph biến hiện nay gồm: sợi thép, sợi thuỷ tinh, sợi polypropylene, sợi t ng hợp polymer, sợi các bon, sợi bazan, sợi xenlulô

và những móc sắt , chúng đ được chứng minh về khả năng cải thiện thuộc tính cơ học của bêtông và của cả kết cấu được tăng cường

Những cốt sợi thép được sử dụng thường có chiều ài thay đ i từ 0.5-2.5 in (12.7

mm - 63.5 mm), c đường kính là 0.017-0.040 in (0.45-1.0 mm), hoặc những thanh có chiều dày từ 0.01-0.035 in (0.25-0.9 mm) và chiều rộng từ (0.006-0.016) in (0.15-

0.41mm) Phần lớn những thanh thép thường được uốn quăn, làm méo m để đảm bảo dính bám tốt hơn với êtông được tăng cường, đôi khi những sợi có dạng lưỡi liềm Hàm lượng sợi trong hỗn hợp, thường biến đ i từ 0.25-2% theo thể tích Theo khối lượng là từ 33-365lb/yd3

(20-165 kg/m3) Những sợi thuỷ tinh thường có tu i thọ cao Chúng là những sợi nhân tạo được sản xuất từ nylon hoặc polypropylene Gần đ y những sợi được làm từ vải địa kỹ thuật dệt cũng đ được ứng dụng và hiệu quả đạt được cũng rất cao Việc đưa thêm các loại sợi vào trong bêtông từ đầu những năm 1 00 chủ yếu để n ng cao cường độ chịu kéo của bêtông

Các loại sợi được phân bố không liên tục và ngẫu nhiên trong đá ximăng cả ở những vùng chịu nén và chịu kéo của một bộ phận kết cấu Chúng có thể n ng cao độ cứng và điều chỉnh vết nứt thông qua việc ngăn chặn các vi vết nứt lan truyền và mở rộng và còn tăng độ dai do khả năng hấp thụ năng lượng của chúng Các ứng dụng ph biến của êtông tăng cường cốt sợi bao gồm các lớp phủ trong bản mặt cầu, các loại sàn công nghiệp, các ứng dụng cho bêtông phun, các loại mặt đường cao tốc và đường sân bay, các loại kết cấu vỏ mỏng, các loại kết cấu chống động đất và chống n , các loại bản có bề mặt rất phẳng trong kho chứa để giảm thiểu các loại khe giãn nở

ình hân loại bê tông cốt sợi phỏng theo Rabovich F.N

BÊ TÔNG CỐT SỢI PHÂN TÁN

Kim loại Khoáng vật Hữu cơ

Sợi thép Sợi thủy tinh

Hình 1.18.Một số loại cốt sợi dùng cho bê tông cốt sợi

Bảng 1.2 t ng hợp từ một số những nguồn tài liệu bao gồm các báo cáo của ACI,

mô tả các tính chất hình học và cơ học của các loại sợi khác nhau được sử dụng như là những sợi phân tán ngẫu nhiên trong đá ximăng o c một phạm vi khá rộng về các loại sợi nên người thiết kế có thể phải sử dụng các số liệu của nhà sản xuất cho mỗi loại sản phẩm và kinh nghiệm đ c trước khi quyết định lựa chọn một loại sản phẩm Các kết quả thí nghiệm cho thấy các loại thép sợi c đầu được móc vào nhau là loại thép sợi c tính năng tốt nhất Cường độ vật liệu là yếu tố duy nhất ảnh hưởng lên chất lượng của thép sợi Thép sợi c cường độ kéo cao BHPEE256 (Tiêu chuẩn của Liên minh ch u Âu và Pháp) được sản xuất từ thép có cường độ 1000Mpa c tính năng cao hơn rất nhiều so với thép sợi tương tự được sản xuất từ thép c cường độ 800MPa

Bảng 1.2 Thuộc tính của những loại sợi khác nhau

Thép ợi đ và đang được ử ụng rộng r i để tăng khả năng chịu lực và ẻo h a êtông trên khắp thế giới và ở Au tralia trong nhiều năm nay Thép ợi c ký hiệu

"EE" hay còn gọi là thép ợi "đầu loe" ắt đầu được ản xuất từ năm 1 6 và chỉ c

uy nhất một kích thước là 18mm theo chiều ài Các nghiên cứu thực nghiệm đ chứng minh rằng, các đặc tính của êtông cốt ợi và hiệu quả cốt ợi tăng lên khi tăng

tỷ ố kích thước - tỷ ố của chiều ài o với đường kính Trong năm 1 3 h ng BHP

đ ắt đầu ản xuất thép ợi ài 25mm từ loại thép c cùng cường độ 800MPa được ử ụng để ản xuất thép ợi ài 18mm Sau đ trong năm 1 5 h ng này đ ắt đầu ản xuất loại thép ợi ài 25mm từ các loại thép c cường độ cao hơn (khoảng 1000MPa)

1.3.4 Lĩnh vực sử dụng bê tông cốt sợi

Ứng dụng bêtông cốt sợi thép chủ yếu để tăng cường tính dẻo của bêtông và bêtông cốt thép do tận dụng khả năng hút năng lượng của cốt sợi thép

Các ứng dụng của bêtông cốt sợi thép chủ yếu trong lĩnh vực sau:

- Xây dựng và sửa chữa mặt đường;

- Làm các sàn nhà công nghiệp và bến cảng;

- Làm các đường ăng n ay;

- Kết cấu chịu va chạm như: kho chứa thiết bị máy móc nặng;

- Làm sàn của nhà máy điện hạt nhân;

- Kết cấu chịu nhiệt;

- Các kết cấu cầu được gia cường bằng BTCST : chịu các tác động của các sự

cố chưa được lường đến trong các tiêu chuẩn thiết kế cầu

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Trong chương này, tác giả luận văn đ đề cập một ố vấn đề au:

- Lý thuyết về mô hình giàn ảo

- T ng quan về khái niệm và ự làm việc của ầm cao

- T ng quan về ê tông cốt ợi và lĩnh vực sử ụng

Trong chương tiếp theo của luận văn, tác giả nghiên cứu mô hình giàn ảo cho

ầm cao c gia cường cốt ợi thép và trình bày việc ứng ụng mô hình giàn ảo trong việc tính toán thiết kế ầm cao ê tông cốt thép c gia cường cốt ợi thép