Nghiên cứu sử dụng mối nối ống bơm vữa mác cao cho dầm bê tông cốt thép thường

Nghiên cứu sử dụng mối nối ống bơm vữa mác cao cho dầm bê tông cốt thép thường Nghiên cứu sử dụng mối nối ống bơm vữa mác cao cho dầm bê tông cốt thép thường Nghiên cứu sử dụng mối nối ống bơm vữa mác cao cho dầm bê tông cốt thép thường Nghiên cứu sử dụng mối nối ống bơm vữa mác cao cho dầm bê tông cốt thép thường Nghiên cứu sử dụng mối nối ống bơm vữa mác cao cho dầm bê tông cốt thép thường

TÓM TẮT

Luận văn tiến hành nghiên cứu ứng xử của nhiều loại mối nối khác nhau trong dầm bê tông cốt thép, có cùng kích thước hình học, chủng loại thép, vật liệu chế tạo và mác bê tông Tác giả tiến hành chế tạo các mẫu dầm thực nghiệm có cùng kích thước hình học rộng × cao × dài tương ứng là 200×300×3300 mm Cốt thép trong dầm gồm 3D16 ở miền dưới, 2D12 ở miền trên, và cốt đai D6a150, dầm này gọi là K0 – dầm đối chứng Kế hoạch thực nghiệm bao gồm một dầm nối buộc

1 thanh thép 30d diện tích nối cốt thép tại vùng chịu kéo gọi là KB1, một dầm nối 1 thanh thép bằng ống nối tạo ren diện tích nối cốt thép tại vùng chịu kéo gọi là KR1, một dầm nối 2 thanh thép bằng ống nối tạo ren diện tích nối cốt thép tại vùng chịu kéo gọi là KR2, một dầm nối 1 thanh thép bằng ống bơm vữa cường độ cao diện tích nối cốt thép tại vùng chịu kéo gọi là KO1, và một dầm nối 2 thanh thép bằng ống bơm vữa cường độ cao diện tích nối cốt thép tại vùng chịu kéo gọi là KO2 Sau

28 ngày tiến hành uốn các mẫu dầm và thu được các kết quả

ABTRACT

The thesis researches conducts research on the behavior of many different

types of joints in reinforcement concrete beams, with the same geometry size, steel

grade, fabrication material and concrete grade The author proceeds to fabricate

experimental beam models with the same geometric dimensions, 200 mm of width

× 300 mm of height × 3300 mm of length The reinforcement in the beam includes

3D16 in the lower region, 2D12 in the upper region, and the D6a150 of stirrups,

which is called K0 - the control beam The experimental plan consists of a 1-bar

jointed, 30d overlap, in the tensile area called KB1 A beam have one coupler

connecting in the tensile area called KR1 A beam have two steel bars connected by

coupler in the tensile area called KR2 A beam have one steel bar connecting with a

high-strength grouted pipe in the tensile area called KO1 , and a beam have two

steel bars connecting with the high-strength grouting pipes in the tensile area called

KO2 After 28 days, the beam samples were tested and the results obtained

MỤC LỤC

Quyết định giao đề tài

LÝ LỊCH KHOA HỌC i

LỜI CAM ĐOAN ii

TÓM TẮT iv

MỤC LỤC vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG viii

DANH SÁCH CÁC HÌNH ix

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới về sử dụng mối nối ống bơm vữa Splice sleeve 2

1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước mối nối ống bơm vữa Splice sleeve 6

1.4 Mục tiêu , đối tượng và phạm vi đề tài nghiên cứu 8

1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu 8

1.4.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 8

1.4.3 Ý nghĩa khoa học của đề tài 8

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÁC LOẠI MỐI NỐI 10

2.1 Giới thiệu chung 10

2.2 Các loại mối nối cốt thép thường 10

2.3 Kết luận 15

CHƯƠNG 3: NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ THÍ NGHIỆM 17

3.1 Giới thiệu chung 17

3.2 Dầm thí nghiệm và vật liệu 17

3.2.1 Dầm thí nghiệm 17

3.2.2 Các loại vật liệu 19

3.2.3 Chọn cấp phối vữa cao rót 22

3.2.4 Thi công mối nối ren và mối nối ống nối vữa cường độ cao 23

3.3 Kết luận 26

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 28

4.1 Thí nghiệm khả năng chịu lực của thanh đối chứng 28

4.2 Mối nối thanh cốt thép sử dụng ống ren 28

4.3 Mối nối thanh cốt thép sử dụng ống nối bơm vữa cường độ cao 31

4.4 Kết quả thí nghiệm mẫu khối vuông 33

4.5 Kết quả thí nghiệm mẫu dầm về mối quan hệ lực và biến dạng 34

4.6 Kết quả thí nghiệm với mô hình vết nứt 37

4.7 Cơ chế phá hủy của dầm 40

4.8 Kết luận 41

KẾT LUẬN 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 3.1: Tên dầm và kiều mối nối 18

Bảng 3.2: Đặc tính cơ lý của đá dăm 19

Bảng 3.3: Đặc tính cơ lý của cát 20

Bảng 3.4: Đặc tính của nguyên liệu xi măng 20

Bảng 3.5: Đặc tính của nguyên liệu nước 21

Bảng 3.6: Đặc tính của nguyên liệu Fly Ash (tro bay) 21

Bảng 3.7: Cấp phối của vữa cường độ cao 23

Bảng 3.8: Cơ tính của vật liệu ống ren 23

Bảng 3.9: Chất lượng bề mặt, kích thước ống ren 24

Bảng 3.10: Giới hạn bền kéo của mối nối 24

Bảng 3.11: Cấp phối bê tông cho các dầm thực nghiệm 26

Bảng 4.1: Số liệu nén mẫu bê tông 34

Bảng 4.2: So sánh tải phá hoại của các dầm thực nghiệm 36

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Các loại mối nối cốt thép thường [11] 11

Hình 2.2: Mối nối cốt thép trồng truyền thống 12

Hình 2.3: Mối nối hai thanh cốt thép thép bằng ống nối có coupler ren 13

Hình 2.4: Coupler ren cho hai thanh thép có đường kính giống và khác nhau 13

Hình 2.5: Thi công thực tế ở nước ngoài 15

Hình 3.1: Cấu tạo các dầm thí nghiệm 18

Hình 3.2: Cố định ống bơm vữa bằng dây thép 25

Hình 3.3: Lắp và định vị cốt thép vào ống bơm vữa 25

Hình 3.4: Lắp ống cao su bơm vữa vào ống 26

Hình 4.1: Thiết bị thí nghiệm kéo mẫu mối nối 28

Hình 4.2: Thí nghiệm kéo thanh nối ren 29

Hình 4.3: Mẫu sao khi kéo loại ren 2mm 29

Hình 4.4: So sánh biểu đồ lực và chuyển vị của mối nối ren và mẫu đối chứng 30

Hình 4.5: So sánh biểu đồ lực và chuyển vị của ống nối bơm vữa và mẫu đối chứng 31

Hình 4.6: Mối quan hệ lực và chuyển vị của mẫu ống nối bơm vữa không thu được số liệu 31

Hình 4.7: Phá hủy đứt và tuột ở mối nối ống nối bơm vữa cường độ cao 32

Hình 4.8: Thiết bị kiểm tra cường độ bê tông 33

Hình 4.9: Lấy mẫu bê tông trong quá trình đổ bê tông dầm 33

Hình 4.10: Nén các mẫu bê tông 33

Hình 4.11: Thiết bị thí nghiệm dầm 34

Hình 4.12: Biển đồ quan hệ giữa lực và chuyển vị 35

Hình 4.13: So sánh lực tới hạn và lực gây ra vết nứt đầu tiên ở dầm 35

Hình 4.14: Vết nứt đầu tiên 38

Hình 4.15: Tải tới hạn của các dầm thực nghiệm 39

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực xây dựng dân dụng, giao thông, thủy lợi và hạ tầng kỹ thuật gồm: nhà ở, cầu, đường, nhà xưởng công nghiệp, sân bay, thủy lợi Tại Việt Nam, theo các thống kê các công trình xây dựng từ kết cấu bê tông cốt thép chiếm hơn 70% tổng

số công trình xây dựng Ngoài những tính năng ưu việt của loại kết cấu BTCT như: chịu lực lớn, độ bền cao, khả năng tạo hình khối dễ dàng, chống cháy tốt, chống ăn mòn, giá thành thấp Bên cạnh đó còn có những hạn chế như: tái sử dụng thấp, thời gian thi công lâu, trọng lượng riêng nặng

Có rất nhiều công trình nghiên cứu chi tiết về các cấu kiện BTCT như cột, dầm, sàn và được các kết quả áp dựng thực tế Trong thi công xây dựng công trình, cốt thép đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định đến khả năng chịu lực của một cấu kiện kết cấu Có những tiêu chuẩn bắt buộc liên quan đến việc sản xuất, vận chuyển và lắp đặt nên các thanh thép dùng để làm cốt bê tông luôn có chiều dài nhất định Trên thực tế, chiều dài của các thanh thép được sản xuất có chiều dài nhất định, thường không dài bằng chiều dài của kết cấu công trình, vì vậy khi thi công xây dựng, người ta phải nối thép để đảm chiều dài của kết cấu

Việc nối các thanh cốt thép có rất nhiều phương pháp như nối chồng, hàn hay nối bằng ống nối phun vữa cường độ cao [1-4] hoặc các vật liệu khác Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm khác nhau Nên tùy mục đích mà các phương pháp nối thép có thể áp dụng Một trong những ưu điểm của mối nối cốt thép ống nối phun vữa cường độ cao là tạo ra cơ chế truyền lực đúng tâm và giảm mật độ cốt thép nếu phải nối chồng nhiều thanh cốt thép trong một mặt cắt

Gần đây, Nguyễn Đình Hùng và các cộng sự [3-4] đã cải tiến ống nối cốt thép phun vữa cường độ cao từ nguyên liệu địa phương Nên đề tài này sử dụng ống trong nghiên cứu của Nguyễn Đình Hùng và các cộng sự [3-4] và kết cấu dầm để tìm hiểu khả năng áp dụng của dạng ống nối này trong thực tế Chính vì vậy đề tài

“Nghiên cứu sử dụng mối nối ống bơm vữa mác cao cho dầm bê tông cốt thép thường” muốn làm rõ một số vấn đề là các loại mối nối có ảnh hưởng như thế nào đến khả năng làm việc của dầm để so sánh và đánh giá

1.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới về sử dụng mối nối ống bơm vữa Splice sleeve

Mối nối ống bơm vữa Splice sleeve được phát minh bởi Alfred A Yee vào cuối năm 1960, đầu tiên được sử dụng để nối các thanh cốt thép cột trong khách sạn

38 Ala Moana (Honolulu, Hawaii) [5] Sau đó, bằng sáng chế của nối ống bơm vữa Splice sleeve đã được một công ty của Nhật Bản mua lại và phát triển nó sử dụng hiệu nhiều ở Nhật Bản và Bắc Mỹ, Singapore Mối nối ống bơm vữa Splice sleeve

đã được liệt kê như một công nghệ kết nối cốt thép chính trong báo cáo của Viện bê tông Mỹ năm 1983 Một số thí nghiệm nghiên cứu và phân tích lý thuyết đã được thực hiện ở Nhật Bản và Mỹ, thông qua một loạt các thử nghiệm địa chấn thực sự, mối nối ống bơm vữa Splice sleeve đã được chứng minh đủ tiêu chuẩn có thể sử dụng cho xây dựng nhà cao tầng và các công trình có kết cấu phức tạp khác

Một số nghiên cứu về sử dụng mối nối ống bơm vữa Splice sleeve như sau: Pantelides và các cộng sự [6] nghiên cứu về Đánh giá các mối nối ống bơm vữa cho trụ cầu bê tông cốt thép đúc sẵn Theo báo cáo đầu nối ống nối vữa Splice sleeve được xem xét cho kết nối các yếu tố chân cột, cột trong xây dựng cầu Kết quả cho thấy mối nối này có hạn chế sử dụng đầu nối Splice sleeve này trong các cây cầu nằm ở khu vực địa chấn từ trung bình đến cao Báo cáo này mô tả một chương trình nghiên cứu được thực hiện để đánh giá các khớp cầu bằng hai loại đầu nối Splice sleeve thực nghiệm tải gần đúng theo thực tế được sử dụng để kiểm tra từ chân đến cột mẫu Kết quả thí nghiệm cho thấy hiệu suất của tất cả các thử nghiệm mẫu vật là thỏa đáng so với tiêu chuẩn hiện tại So với mẫu vật đối chứng, mối nối ống bơm vữa có giảm khả năng linh hoạt về dịch chuyển cho các mẫu vật đúc sẵn trong cả hai loại

Einea và các cộng sự [1] nghiên cứu phát triển ống nối bơm vữa Trong đó, chiều dài ống và các vòng bố trí trong ống được thực hiện Trong đó, chiều dài dính

bám được thí nghiệm tự 5D đến 10D, với D là đường kính của thanh cốt thép Kết quả là tìm ra được chiều dài phù hợp của ống nối khoảng 7 lần đường kính thanh cốt thép là hợp lý Đối với các vòng thép bố trí trong ống thép sẽ làm tăng khả năng chịu nén của vữa cường độ cao bởi cơ chế chống nở hông Do đó, khả năng truyền lực của ống nối phu vữa cường độ cao được nâng cao rõ rệt từ kết quả nghiên cứu của Einea và các cộng sự [1]

a) Ống nối LK b) ông nối NMB c) Ống nối D410

Hình 1.1: Các loại ống nối bơm vữa [5]

Từ các kết quả nghiên cứu về ống nối vữa của Einea, có rất nhiều ống nối được đăng ký bản quyền Có thể kể đến ba loại ống nối trên thị trường gồm loại Lenton Interlock (LK), ống nối NMB (Splice sleeve NMB) và ống nối D410 như

được thể hiện trong Hình 1.1 Dựa vào đường kính của các thanh cốt thép hay các

loại thép khác nhau, ống nối có kích thước khác nhau Các ống nối được thiết kế sao cho có ứng suất tới hạn lớn hơn 125% ứng suất chảy của thanh cốt thép được nối trong kết cấu BTCT

Ống nối LK, phát triển bởi công ty ERICO (Mỹ), được thiết kế bằng gang dẻo (ductile iron) theo tiêu chuẩn ASTM 5364 Ống LK được thiết kế sao cho có ứng suất tới hạn lớn hơn 125% ứng suất chảy của các cốt thép theo tiêu chuẩn ASTM A7065 và ASTM A6156, Grade 60 Do đó, vật liệu để chế tạo ống LK là loại Grade 90-65-05, tương ứng là ứng suất kéo tới hạn là 620MPa (90ksi), ứng suất chảy là 448 MPa (65ksi) và có độ dãn dài tương đối tối thiểu là 5% Ống LK có chiều dài từ 199 mm đến 516 mm, đường kính ngoài của thép tương ứng từ 65 mm đến 114 mm

Ống LK dùng để nối thép có đường kính từ 16mm đến 57 mm Một đầu ống nối với thanh cốt thép bằng ren Đường kính ren nhỏ dần từ trong ra ngoài Chiều dài đoạn nối bằng ren từ 22mm đến 70mm phụ thuộc vào đường kính của thanh

thép được nối Đầu nối ren được vặn chặt bằng tay Đầu còn lại của ống LK nối với thanh thép thông qua vữa không co ngót từ hai ống dẫn vữa

Ống nối NMB cho kết cấu lắp ghép, phát triển bởi công ty Splice Sleeve North Amarica (Mỹ) Sự khác biệt lớn nhất đối với ống LK là ống NMB không có liên kết bằng ren tại một đầu mà sử dụng vữa để nối ở cả hai đầu Ống nối NMB được chia làm hai loại là UX và XN dựa vào vật liệu chế tạo

Vật liệu để chế tạo ống nối UX thỏa mãn tiêu chuẩn ASTM A5364, Grade 85-60-06, có ứng suất chảy là 413 MPa (60ksi) cho ống nối để nối cốt thép có đường kính lớn hơn 16 mm Đối với loại cốt thép có đường kính nhỏ hơn hoặc bằng

16 mm, vật liệu để chế tạo ống nối thỏa mãn tiêu chuẩn ASTM A5364, Grade 41-10, ứng suất chảy là 282 MPa (60ksi)

60-Ống nối XN cũng được chế tạo từ vật liệu thỏa mãn tiêu chuẩn ASTM A5364, Grade 85-60-06 Theo tiêu chuẩn của Nhật Bản, ống UX dùng để nối cốt thép loại SD295A/B đến SD490 (giới hạn chảy từ 295 MPa đến 490 MPa), với đường kính từ 16mm đến 41mm Ống nối NX dùng cho cốt thép loại SD295A/B đến SD390 (giới hạn chảy từ 295 MPa đến 490 MPa) có đường kính từ 16 mm đến 22mm

Dựa vào tương quan giữa ứng suất chảy của ống nối và cốt thép, UX là thỏa mãn tiêu chuẩn Loại SA có cường độ, độ cứng và độ dẻo tương đương với cốt thép được nối Loại XN là thỏa mãn tiêu chuẩn Loại A có cường độ và độ ứng tương đương cốt thép được nối, nhưng độ dẻo thì hơi nhỏ hơn so với cốt thép được nối

Do nhu cầu sử dụng cốt thép thường cường độ cao, các ống nối UX có ứng suất chảy 590 MPa và 685 MPa cũng được sản xuất

Ống nối D410 cho kết cấu lắp ghép, phát triển bởi công ty Dayton Superior (Mỹ) Cơ chế làm việc của ống nối D410 là tương tự như ống nối NMB Vật liệu chế tạo của ống nối D419 giống với vật liệu chế tạo của ống nối LK, cụ thể là ASTM A706 và ASTM A615, Grade 60

Cả ba loại ống nối đều sử dụng các gân bên trong ống để tăng cường dính bám giữa vữa và ống Đối với ống nối LK, gân được bố trí trên toàn bộ chiều dài

lòng ống với khoảng cách là 15mm Đối với ống nối NMB chỉ có từ 4 đến 7 gân được bố trí từ đầu mỗi ống và phụ thuộc vào chiều dài của ống Gân gần tim ống cách tim ống là 30 mm Trong khi đó, khoảng cách giữa các gân trong ống D410 là 17,8 mm và gân gần tim nhất cách tim ống là 25.4 mm Để nối cùng loại cốt thép, hầu hết ống D410 có cường kính ngoài và chiều dài ống là lớn nhất Đường kính ngoài của ống LK hơi nhỏ hơn so với ống D410 Đường kính ngoài của ống NMB nhỏ hơn rất nhiều so với hai ống còn lại Chiều dài của ống NBM nhỏ hơn ống D410 một chút Chiều dài của ống LK là nhỏ nhất, do một đầu của ống liên kết với thanh cốt thép bằng ren Có thể nói, với kích thước nhỏ gọn hơn hai ống còn lại, nên thi công ống nối NMB đơn giản hơn

Jansson [2] sử dụng mối nối LK và NMB để đánh giá về khả năng chịu của hai ống nối này Kết quả nghiên cứu của Jansson [2] chỉ ra rằng ống nối NMB có 3 khả năng phá hủy là, đứt thanh cốt thép, tuột cốt thanh thép và đứt giữa ống như

Hình 1.2 Trong đó, tuột thanh cốt thép và đứt giữa ống là điểm bất lợi của mối nối

NMB Trong khi đó, phá hủy ở ống nối LK là đứt thanh cốt thép, tuột thanh cốt

thép, tuột ren và đứt thanh thép ở mối nối ren như Hình 1.3 Đối với ống nối LK,

việc phá hủy do tuột thanh cốt thếp, đứt thanh cốt thép hay tuột ren đều là những nhược điểm của mối nối loại này

Có thể nói phá hủy đứt thanh cốt thép hay tuột ren sẽ làm lãng phí cốt thép

do khả năng chịu lực của thanh cốt thép sẽ tương đường các thanh có đường kính nhỏ hơn Đây chính là lý do mà Nguyễn Đình Hùng và các cộng sự [3-4] đã tiến hành cải tiến ống nối vữa cường độ cao dạng này Ró ràng nếu áp dụng ống nối NMB và LK có khả năng những dạng mối nối phá hủy khác với đứt ở thanh thép sẽ gây bất lợi cho thanh cốt thép chịu kéo và kết cấu

a) Đứt thanh cốt thép b) Tuột thanh cốt thép c) Đứt ống nối

Hình 1.2: Các dạng phá hủy của ống nối NMB [2]

a) Tuột thanh cốt thép b) Đứt cốt thép tại mối

nối ren

c) Tuột ren

Hình 1.3: Các dạng phá hủy của ống nối LK [2]

1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước mối nối ống bơm vữa Splice sleeve

Theo tìm hiểu trên các trang thông tin và sách báo, ở Việt Nam cũng có một

số công trình được thiết kế Tuy nhiên, trong quá trình thi công, việc tay nghề của công nhân chưa cao, nên gặp khó khăn trong liên kết các ống nối, do độ chính xác chưa cao Nên công trình phải đổi thiết kế về dạng kết cấu truyền thống Gần dây Nguyễn Đình Hùng và các cộng tự [3,4,7] đã nghiên cứu phát triển dạng kết cấu lắp ghép có sử dụng ống nối vữa cường độ cao

Đầu tiên, Nguyễn Đình Hùng [7] nghiên cứu về cơ chế của ống nối bằng phần mền Midas FEA Kết quả của mô hình được so sánh với kết quả thực nghiệm bởi Jansson [2] Trong phân tích mô hình, các mô hình vật liệu của ống thép, cốt thép, vữa và cơ chế dính bám của vữa cường độ cao và ống nối hoặc thanh thép được đề xuất Mô hình ống nối NMB

Ghi chú: màu đỏ thể hiện biến dạng lớn

Hình 1.6: Biến dạng của vữa tại thời điểm lực gây ra biến dạng chảy của mẫu [7]

Hình 1.4 Hình 1.5 và 1.6 thể hiện kết quả phân tích của Nguyễn Đình Hùng [7] Kết quả cho thấy, mô hình phân tích và kết quả thí nghiệm có sự tương đồng rất cao Nên có thể áp dụng các mô hình vật liệu này trong phân tích tính toán trong tương lai

Để cải tiến ống nối NMB và ống nối LK, Nguyễn Đình Hùng và các cộng sự

đã nghiên cứu thực nghiệm và đề xuất ống nối mới Trong đó, vữa cường độ cao được nghiên cứu sử dụng từ vật liệu địa phương [8, 9] Việc chủ động nghiên cứu

ống nối và vữa cường độ cao là để giảm sự phụ thuộc vào công nghệ ống nối của nước ngoài, làm giảm giá thành và có điệu kiện áp dụng mối nối dạng này ở trong nước, đặc biệt là kết cấu lắp ghép và làm giảm giá thành của công trình

Trong nghiên cứu ống nối, khoảng cách gờ và chiều cao gờ được Nguyễn Đình Hùng và các cộng sự sử dụng Kết quả là tìm ra được ống nối hợp lý Trong đó, loại bỏ phá hủy tuột hoặc đứt ống nối như ống nối NMB [2] Kết quả nghiên cứu của Nguyễn Đình Hùng đã được cấp bằng giải pháp hữu ích [10] Trong nghiên cứu này, học viên sử dụng ống nối do Nguyễn Đình Hùng đề xuất vào kết cấu để nghiên cứu khả năng chịu lực của dầm bê tông cốt thép thường Trong đó, thanh cốt thép chịu uốn được nối bằng ống nối cốt thép vữa cường độ cao Do thông tin về mối nối ống bơm vữa Splice sleeve trong nước còn hạn chế nên việc nghiên cứu đề tài này là rất cần thiết

1.4 Mục tiêu , đối tƣợng và phạm vi đề tài nghiên cứu

1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu

Thực nghiệm này xác định mối quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của dầm

bê tông cốt thép khi có mối nối Splice sleeve ở giữa dầm

Xác định ứng xử và cường độ của dầm BTCT dưới tác dụng của tải trọng (Hình dạng vết nứt, bề rộng khe nứt, độ võng)

Khảo sát so sánh dầm có mối nối Splice sleeve với dầm BTCT sử dụng các loại mối nối khác

1.4.2 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

Các loại mối nối thông dụng như nối buộc, nối Splice sleeve, nối Coupler có ren Thí nghiệm uốn bốn điểm trên mẫu dầm có kích thước lớn Trong đó, ống nối

đề xuất bởi Nguyễn Đình Hùng được sử dụng trong thực nghiệm Do các thiết bị thí nghiệm ở trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh thực hiện

1.4.3 Ý nghĩa khoa học của đề tài

Kết quả nghiên cứu có thể sử dụng trong công tác thiết kế và ứng dụng, có thêm hướng lựa chọn giải pháp đáp ứng yêu cầu kỹ thuật ngày càng cao của thị trường Sản xuất các mối nối phục vụ trong các lĩnh vực và mục đích khác nhau

theo yêu cầu Các kết quả nghiên cứu cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho các đơn vị xây dựng công trình, cho các nhà quản lý thêm lựa chọn

CHƯƠNG 2:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÁC LOẠI MỐI NỐI

2.1 Giới thiệu chung

Khi các thanh thép có chiều dài giới hạn và các kết cấu dài hơn chiều dai thanh thép thì việc nối các thanh thép là điều hiển nhiên Hiện nay, phương pháp thi công cũng được chia ra làm hai loại là đổ tại chỗ và thi công lắp ghép Phụ thuộc vào từng điều kiện mà việc nối cốt thép cũng khác nhau

Do đó, việc tìm hiểu các kiểu nối thanh cốt thép góp phần vào hiểu biết về kết cấu bê tông cốt thép Khi nối cốt thép, ứng sử của kết cấu cũng có thể khác nhau Vì vậy, ứng dụng mối nối cốt thép trong kết cấu bê tông cốt thép có thể mang

lại lợi ích cho ngành xây dựng

2.2 Các loại mối nối cốt thép thường

Mối nối giữa hai thanh cốt thép được kể đến các loại khác nhau thể hiện ở

Hình 2.1 Mối nối giữa hai thanh cốt thép, sau đây gọi tắt là mối nối, có thể chia

làm ba loại chính thông qua sự truyền lực giữa hai thanh thép được nối Loại 1 là toàn bộ lực được truyền qua hai thanh thông qua lực dính bám của hai thanh cốt thép với bê tông Loại 2 là một phần lực được truyền qua hai thanh cốt thép thông qua lực dính bám của hai thanh thép với bê tông Loại 3 là toàn bộ lực truyền qua hai thanh cốt thép không qua lực dính bám của hai thanh cốt thép với bê tông Mỗi loại mối nối ra đời là kèm theo các kết cấu mới, công nghệ mới để đảm bảo sự làm việc một cách tối ưu của các kết cấu

Loại 1 còn được gọi là mối nối chồng Mối nối chồng là loại mối nỗi đầu tiên được áp dụng cho mối nối cốt thép Mối nối chồng được thực hiện bằng cách chồng hai thanh cốt thép song song với nhau theo một độ dài nhất định và được liên kết

với nhau bằng day thép buộc để định vị cốt thép thể hiện ở Hình 2.2 Ưu điểm của

mối nối này là đơn giản Để tăng sức truyền lực, đầu các thanh cốt thép có thể được uốn cong Việc truyền lực giữa các thanh cốt thép được thông qua lực dính bám của thanh cốt thép với bê tông, do đó không thể truyền lực trước khi đổ bê tông Dạng kết cấu này chỉ được dùng cho mối nối ướt, kết cấu đổ tại chỗ Chiều dài mối nối

thường từ 30 đến 40 lần đường kính của thanh cốt thép, nên gây ra lãng phí cốt thép Chiều dài nối thanh cốt thép cũng được quy định trong tiêu chuẩn đối với một

số kết cấu cụ thể như thể hiện ở Bảng 2.1 Việc tập trung cốt thép lớn có thể gây

nứt lớn cho kết cấu bê tông cốt thép khi chịu lực và gây khó khăn cho việc đổ bê tông, cũng như thi công mối nối thép, đặc biệt khi thanh cốt thép đường kính lớn và dựng đứng Hơn nữa sự truyền lực sẽ bị lệch tâm làm giảm khả năng chịu lực của cốt thép Theo qui định của TCVN hiện hành, các mối nối chồng không được bố trí tại những vị trí có nội lực lớn và không được nối quá 50% diện tích cốt thép trên cùng vị trí mặt cắt [12]

Độ tin cậy của mối nối chồng phụ thuộc vào chiều dài đoạn nối, cường đồ bê tông, và độ kết dính giữa bê tông với cốt thép Phương pháp nối này chỉ nên áp dụng đối với các cốt thép có đường kính nhỏ hơn 16mm Tuy nhiên trọng thực tế, mối nối dạng này vẫn được áp dụng cho tất cả các loại cốt thép có đường kính khác nhau được dùng trong kết cấu bê tông cốt thép trong xây dựng công trình

Hình 2.1: Các loại mối nối cốt thép thường [11]

Hình 2.2: Mối nối cốt thép chồng truyền thống [Nguồn internet]

Bảng 2.1: Chiều dài mối nối buộc theo tiêu chuẩn TCVN 4453: 1995 [12]

Loại cốt thép

Chiều dài nối buộc Vùng chịu kéo Vùng chịu nén với đầu cốt

thép Dầm, tường Kết cấu khác có móc không có

và bê tông Áp dụng mối nối loại 2, chiều dài mối nối giảm không đáng kể so với mối nối loại 1 Ưu điểm của loại 2 hơn loại 1 là các thanh thép được nối có thể chịu lực trước khi đổ bê tông

Đối với mối nối loại 1 và loại 2, lực truyền qua hai thanh cốt thép liên quan đến lực dính bám với bê tông Do đó yêu cầu chiều dài nhất định và hầu như không chịu lực trước khi đổ bê tông Để khắc phục nhược điểm đó, mối nối loại 3 đã được phát triển Mối nối loại này có thể liệt kê như sau: mối nối bằng coupler ren như

Hình 2.3, ống nối dập nóng, ống nối bơm vữa, mối nối hàn đối đầu, mối nối hàn đối

đầu sử dụng thanh lẹp, mối nối hàn chồng và mối nối lẹp bằng bulông Mối nối

dạng này có thể áp dụng để nối hai thanh cốt thép có đường kính giống và khác

Nối thép bằng coupler ren đã trở thành biện pháp thi công tương đối phổ biến tại Việt Nam được nhiều nhà thầu áp dụng thay thế cho phương pháp nối thủ công truyền thống Sử dụng ống nối thép bằng coupler ren cũng mang đến nhiều thuận lợi

về mặt chi phí, kỹ thuật thi công Ngoài ra, sử dụng ống nối thép còn thể hiện sự chuyên nghiệp trong thi công của nhà thầu

Hiện nay nước ta đã có tiêu chuẩn đánh giá mối nối bằng coupler ren TCVN 8163:2009 Các tiêu chuẩn liên quan đến công nghệ nối ren trên thế giới bao gồm tiêu chuẩn JG 107 – 2003 và JG 163 -2004 của Trung Quốc; Tiêu chuẩn UBC1997

và ACI 318 của Mỹ; Tiêu chuẩn BS8110 của Anh; Tiêu chuẩn NF35-30-1 của Pháp; Tiêu chuẩn DIN10-45 của Đức

Các công trình ở Việt Nam đã sử dụng phương pháp nối thép bằng Coupler ren điển hình là Cầu Vàm Cống; Khu nhà ở cho nhân viên công ty Vina Kyoei; Tòa nhà Landmark 81 Đa phần mối nối ren, ống nối dập nóng, ống nối bơm vữa đều sử dụng ống thép để bọc thanh cốt thép tại vị trí mối nối Trong các loại mối nối của loại 3 trên, mối nối kẹp bằng bulông chủ yếu dùng cho kết cấu chịu nén, mối nối hàn chồng thì lực truyến qua hai thanh vẫn còn lệch tâm và có thể ảnh hưởng đến cơ tính của thép Còn lại các loại mối nối khác của loại 3 lực truyền qua các thanh cốt thép đều là đúng tâm Mối nối loại này có khả năng chịu lực như một thanh liên tục, không phụ thuộc vào lực dính bám của thanh cốt thép với bê tông tại mối nối Do

đó không lãng phí chiều dài thép nối Nhược điểm của loại mối nối này là phức tạp hơn trong thi công

Mối nối ren cũng được cải tiến thành nhiều loại khác nhau Tạo ren ở đầu các đầu thanh cốt thép và nối đối đầu bằng ống nối có tạo ren trong Kiểu nối này có thể

sử dụng thêm ốc để cố định Nếu không sử dụng ống nối thì tạo ren cặp trực tiếp ở đầu hai thanh và nối vào với nhau Đối với mối nối ren, khi giữa ống nối và thanh cốt thép được nối có khe hở, có một số cách để tăng cường khả năng truyền lực như: sử dụng thêm đai ốc để cố định, đổ epoxy hay dập nóng ống nối Việc dập nóng ống nối làm cho lực truyền qua hai thanh thép thông qua lực ma sát của gờ hai thanh thép và ống nối bị dập

Đối với ống nối bơm vữa thì không cần liên kết trực tiếp giữa các thanh cốt thép được nối và ống nối Khe hở giữa ống nối và các thanh cốt thép cũng có thể sử dụng vữa, epoxy hay thậm trí là đổ sắt nung chảy Thông thường ống nối bơm vữa

xi măng (ống nối bơm vữa) được sử dụng nhiều hơn, do vữa rẻ hơn epoxy và sắt nung chảy Phương pháp nối thép bằng ống bơm vữa đã được ứng dụng nhiều ở các

nước phát triển Tuy nhiên ở nước ta chưa có áp dụng công nghệ nối thép bằng ống bơm vữa này chưa đưa vào công trình, hiện chỉ dừng ở việc nghiên cứu mẫu ống nối bơm vữa

So với ống nối ren, ống nối bơm vữa có ưu điểm là thi công đơn giản hơn, do không phải tạo ren Các loại mối nối kể trên đều có thể sử dụng cho kết cấu bê tông cốt thép đổ tại chỗ Tuy nhiên, chỉ có ống nối bơm vữa mới áp dụng được cho kết cấu bê tông lắp ghép Bởi vì vữa có thể bơm vào ke hở của ống nối và thanh cốt thép sau khi kết cấu được nối đã vào vị trí để tạo liên kết của cốt thép

Việc áp dụng các công nghệ mới, trong đó có công nghệ nối thép bằng ống bơm vữa là một xu thế, góp phần vào sự phát triển của ngành xây dựng, đặc biệt là kết cấu lắp ghép làm giảm thời gian thi công hoặc là tạo sự truyển lực trước trong các thanh cốt thép được nối trong kết cấu bê tông đổ tại chỗ Những kết quả nghiên cứu cho thấy đây là phương pháp nối thép phù hợp cho các loại thép có đường kính

từ D16-D57 [5], cấu kiện bê tông có tiết diện lớn như: nhà cao tầng, cầu, thủy lợi,

cọc khoan nhồi và các cấu kiện có yêu cầu cao về chất lượng mối nối Hình 2.5 thể

hiện một số hình ảnh sử dụng ống nối bơm vữa cường độ cao trong một số kết cấu thực tế

Hình 2.5: Thi công thực tế ở nước ngoài [Nguồn internet]

2.3 Kết luận

Có rất nhiều loại mối nối có thể áp dụng để nối hai thanh cốt thép Mối loại đều có ưu nhược điểm Mối nối sử dụng ống nối kết hợp với bơm vữa đặc biệt có

ứu điểm cho kết cấu lắp ghép và có khả năng truyền lực giữa hai thanh thép trước khi bê tông được đổ trong kết cấu bê tông cốt thép đổ tại chỗ Phương pháp nối thép bằng ống bơm vữa đã được ứng dụng nhiều ở nước ta Do đó, trong nghiên cứu này, ống nối bơm vữa được phát triển bởi Nguyễn Đình Hùng [11] và các dạng mối nối mối nối ren được áp dụng vào thi công dầm bê tông cốt thép thường để đánh giá khả năng ống nối bơm vữa ở Việt Nam

2 thanh được nối (KO2) Có 02 dầm sử dụng mối nối ren, tương tự như mối nối ống thep bơm vữa, có 1 dầm có 1 thanh được nối bằng ống nối ren (KR1) và 01 dầm có

2 thanh được nối bằng ống nối ren (KR2) Các dầm được đặt tên theo thứ tự như ở

Bảng 3.1 Cấu tạo các dầm thiết kế được thể hiện ở Hình 3.1

Bảng 3.1: Tên dầm và kiều mối nối

STT Tên dầm Loại mối nối Số lượng thanh nối Ghi chú

a) Dầm đối chứng

b) Dầm nối 1 thanh cốt thép sử dụng ống nối ren, ống nối bơm vữa hoặc nối buộc

c) Dầm nối 2 thanh cốt thép sử dụng ống nối ren hoặc ống nối bơm vữa

Hình 3.1: Cấu tạo các dầm thí nghiệm

3.2.2 Các loại vật liệu

Cốt liệu: được phân ra làm hai loại, cốt liệu nhỏ (cát) và cốt liệu thô (đá

dăm) Cốt liệu nhỏ dùng để thí nghiệm đều dùng cốt liệu địa phương lấy từ sông Đồng Nai Cốt liệu thô là loại đã xanh đen, khai thác ở các mỏ đá ở Bình Dương Các cốt liệu được rửa sạch và sấy khô đến khối lượng không đổi trước khi đổ bê tông Độ hút nước của cát và đá dăm được thí nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM C128 [13] lần lượt là 1,9% và 0,5% Lượng nước hút ẩm của cát và đá dăm phải được kể đến trong quá trình thí nghiệm Cát được dùng để thí nghiệm có kích cỡ lọt qua cỡ sàng No.4 (4.75mm) và sót lại trên cỡ sàng No 200 (0.075mm) Môđun độ mịn của cát được xác định theo tiêu chuẩn ASTM C125 [14] là 2,5 Khối lượng thể tích của cát và của đá được đo lần lượt bằng thùng 3 lít và 15 lít

Khối lượng thể tích của cát và đá dăm lần lượt là 1545 kg/m3 và 1415kg/m3 Khối lượng riêng của cát và đá dăm được đo bằng bình tỷ trọng theo tiêu chuẩn ASTM C128 [13] Trong đó, đá dăm có kích thước nhỏ hơn được sàng loại bỏ được

sử dụng để đo khối lượng riêng Khối lượng riêng của cát và đá dăm có kết quả lần lượt là 2,78 tấn/m3

và 2,60 tấn/m3 Trong bê tông thường cốt liệu thô chiếm tỷ lệ 75% [15] thể tích và đóng một vai trò quan trọng đối với chất lượng của bêtông như làm giảm giá thành, tăng độ ổn định của bê tông Đặc tính cơ lý của đá dăm và của

65-cát được thể hiện lần lượt ở Bảng 3.2 và Bảng 3.3

Bảng 3.2: Đặc tính cơ lý của đá dăm

Xi măng: Là một loại chất kết dính thủy lực, được dùng làm vật liệu trong

các công trình xây dựng Xi măng được tạo thành bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và phụ gia Các loại xi măng dùng thiết kế bê tông và vữa cường độ cao là xi măng hỗn hợp loại PCB40 có sẵn trên thị trường Khối lượng riêng được thí nghiệm theo Tiêu chuẩn TCVN 6260:2009 [16] là 3,15T/m3 Đặc

tính của nguyên liệu xi măng được thể hiện trong Bảng 3.4

Bảng 3.4: Đặc tính của nguyên liệu xi măng

Nước: Nước sử dụng là nước sinh hoạt Thành phần nước cất hoàn toàn

không chứa các tạp chất hữu cơ hay vô cơ, không bị đóng cặn và tạp chất Đặc tính

của nguyên liệu nước được thể hiện trong được thể hiện trong Bảng 3.5 Nước để

chế tạo bê tông là nước chất lượng tốt, không gây ảnh hưởng đến thời gian đông kết

và rắn chắc của xi măng và không gây ăn mòn cho cốt thép theo tiêu chuẩn TCVN 4506:1987 [17]