Ảnh Hưởng Của Sợi Thép Tròn Neo 2 đầu đối Với Sự Làm Việc Của Dầm ...

2. Mô hình thí nghiệm.

2.1 Mẫu thí nghiệm.

- Một tổ mẫu dầm bê tông cốt thép thông thường RC beam:

Mô hình thí nghiệm là dầm đơn giản chịu hai lực tập trung ở vị trí 1/4 và 3/4nhịp.

Tiết diện dầm là 200x400mm.

Chiều dài dầm là 4200mm; nhịp dầm là 4000mm. Bê tông dầm là bê tông thông thường, mác 500.

Cốt thép dọc trong dầm gồm: cánh trên 2 thanh phi 22 loại C2, cánh dưới 3 thanh phi 22 loại C2 thép đai phi 6 khoảng cách 150 loại C1.

- Một mẫu dầm bê tông sợi thép có cốt thép SFRC beam

Mô hình thí nghiệm là dầm đơn giản chịu hai lực tập trung ở vị trí 1/4 và 3/4nhịp.

Tiết diện dầm là 200x400mm. Chiều dài dầm là 4200mm; nhịp dầm là 4000mm.

Bê tông dầm là bê tông sợi thép có cấp phối như sau: Hàm lượng cát, đá, sỏi, xi măng, nước giống như trong bê tông thông thường mác 500; hàm lượng sợi thép loại sơi tròn Dramic do Hàn Quốc sản xuất, tiết diện tròn neo 2 đầu dài 30mm là 50kg sợi/1m3 BT, số lượng 19040 sợi/kg sợi.

Cốt thép dọc trong dầm gồm: cánh trên 2 thanh phi 22loại C2, cánh dưới 3 thanh phi 22loại C2, thép đai phi 6 khảng cách 150 loại C1.

2.2. Đặc trưng cơ học và vật lý của vật liệu thí nghiệm.

Vật liệu sử dụng được lấy mẫu để xác định tính chất cơ học và vật lý. Kết quả như sau:

- Cốt thép loại C1, có: Ra = 2000daN/cm2.

- Cốt thép loại C2, có: Ra = 2600 daN/cm2.

2.3. Thiết bị thí nghiệm

- Hai gối tựa của dầm bằng thép tổ hợp. Mặt trên gối cố định sử dụng thép hình L40x40x5.Mặt trên gối tựa di động sử dụng thép tròn trơn phi 32.

- Hệ thống gia tải là kích thuỷ lực được gắn vào khung đỡ bằng thép hình. Số lượng khung giá là 02 cái.Kích gia tải có giá trị lực lớn nhất là 30 tấn. Số lượng kích là 02 cái.

- Đồng hồ đo chuyển vị có độ chính xác đến 0,01mm. Số lượng đồng hồ là 05 cái.

- Biến dạng trong bê tông tại mặt cắt giữa dầm được đo bằng đồng hồ cơ học có độ chính xác đến 0,001mm. Số lượng điểm đo là 7 điểm/1 mặt cắt tiết diện giữa nhịp.

3. Quy trình thí nghiệm

3.1. Tính toán tải trọng thí nghiệm

Tải trọng thí nghiệm được tính toán trên cơ sở khả năng chịu lực của dầm. Với dầm có đặc điểm mô tả như ở phần 2, có khả năng chịu hai tải trọng tập trung mỗi tải trọng 10000kG đặt ở vị trí 1/4và 3/4nhịp.

Loại bê tông	Mô đun đàn hồi EdaN/cm2	Hệ số Poatxong, μ	Cường độ nén 28 ngày, R28 daN/cm2
Bê tông thường	3.80*105	0.2042	521.7
BT cốt sợi thép sợi tròn Dramic do Hàn Quôc sản xuất, tiết diện tròn neo 2 đầu dài 30mm, hàm lượng sợi thép 50kg sợi/1m3; 09040 sợi/kg sợi	3.7320*105	0.2114	549.0

3.2 Quy trình chất thải thí nghiệm.

- Tải trọng thí nghiệm được chất và dỡ theo từng cấp, mối cấp tải là 2x2000kG. Trình tự như sau:

+ Chất tải lần 1: từ cấp 0 đến cấp V.

+ Giảm tải từ cấp V về cấp 0.

+ Chất tải lần 2: từ cấpcho đến cấp mà dầm bị phá hoại.

- Đọc số: Mỗi cấp tải được đọc số liệu sau khi chất tải được 5 phút và trước khi chất tải tiếp theo.

4. Kết quả thí nghiệm và thảo luận.

4.1. Tải trọng - chuyển vị

Nhận xét:

- Từ cấp tải trọng 1 đến cấp tải trọng 3 của chu kỳ gia tải 1 khi dầm chưa xuất hiện vết nứt sự chuyển vị của hai dầm là tương đương nhau. Giá trị chuyển vị tuyệt đối tại từng cấp tải tương ứng của dầm SFRC nhỏ hơn của dầm RC không nhiều. Hình dạng đường cong Cấp tải - Chuyển vị tuyệt đối của hai dầm tương đương nhau. Phù hợp với quy luật chung.

Giai đoạn ngoài đàn hồi:

-Từ khi xuất hiện vết nứt cấp tải thứ 4 của chu kỳ1 dầm RC có giá trị chuyển vị tuyệt đối lớn hơn dầm SFRC tại từng cấp tải tương ứng. Hình dạng đường cong Cấp tải- Chuyển vị tuyệt đối của dầm RC thay đổi rõ rệt. Chuyển vị tuyệt đối lớn nhất tại giữa nhịp của dầm RC tại cấp tải phá hoại dầm có giá trị bằng 26.88mm lớn hơn so với dầm SFRC có giá trị bằng 16.54mm. Phù hợp với các tài liệu tham khảo.

4.2. Tải trọng - Biến dạng

Nhận xét:

Dầm RC:

- Tại thời điểm dầm chưa xuất hiện vết nứt ứng với cấp tải 1,2 và 3, vị trí đường trung hoà vị trí có giá trị biến dạng bằng 0 nằm tại điểm chính giữa của mặt cắt ngang dầm. Trên biểu đồ biến dạng cho thấy vị trí đường trung hoà nằm tại vị trí đồng hồ số 4 vị trí chính giữa của mặt cắt ngang dầm. Phù hợp với lý thuyết BTCT.

- Tại thời điểm cấp tải 4 và 5 dầm đã xuất hiện vết nứt, vị trí đường trung hoà chuyển dịch lên phí trên tương ứng là 3,79cm và 8,04cm. Phù hợp với lý thuyết BTCT.

Dầm SFRC:

- Tại thời điểm chưa xuất hiện vế nứt ứng với cấp tải 1,2 và 3, vị trí đường trung hoà vị trí có giá trị biến dạng bằng 0 nằm tại điểm cao hơn điểm chính giữa của mặt cắt ngang dầm. Trên biểu đồ biến dạng cho thấy vị trí đường trung hoà nằm cao hơn vị trí đồng hồ số 4 là 10.0cm tại vị trí đồng hồ số 2. Phù hợp với các tài liệu tham khảo.

- Tại thời điểm cấp gtải 4 và 5 dầm đã xuất hiện vết nứt, vị rí đường trung hoà tiếp tục chuyển dịch lên phía trên cao hơn so với vị trí đồng hồ số 4 tương ứng là 10.25 cm và 10.385cm. Phù hợp với lý thuyết BTCT.

Bảng 1. Tải trọng thí nghiệm dầm được chia thành các cấp.

TT	Cấp tải	Tải trọng kG	Thời gian phút	Ghi chú
1	0	0	-	Không tải
2	I	2x2000	20	Chất tải lần 1
3	II	2x4000	20	nt
4	III	2x6000	20	nt
5	IV	2x8000	20	nt
6	V	2x10000	20	100% tải
7	IV	2x8000	60	Dỡ tải
8	III	2x6000	20	nt
9	II	2x4000	20	nt
10	I	2x2000	20	nt
11	0	0	60	Không tải
12	I	2x2000	20	Chất tải lần 2
13	II	2x4000	20	nt
14	III	2x6000	20	nt
15	IV	2x8000	20	nt
16	V	2x10000	20	nt
17	VI	2x12000	20	nt
18	VII	2x14000	20	nt
....	.....	.....	....	.....

4.3. Vết nứt

Nhận xét:

Dầm RC Bê tông thường có cốt thép

- Dầm bắt đầu xuất hiện vết nứt khi gia tải trọng ở cấp thứ 4 của chu kỳ 1tương ứng với tải trọng 2x8000kG, bề rộng khe nứt lớn nhất ở cấp 4 là 0,05mm. Sang cấp 5 bề rộng khe nứt lớn nhất là 0,1mm.

Cấp tải 4, 5 của chu kỳ 2 bề rộng khe nứt lớn nhất tương ứng là 0,2mm , 0,25mm.

Cấp tải 6 của chu kỳ 2 tại khảng giữa nhịp dầm bề rộng khe nứt lớn nhất là ,4mm, tại gần gối tựa xuất hiện vết nứt rộng tới 1.0mm.

- Tổng số lượng vết nứt đến khi dầm bị phá hoại là 22 vết nứt.

- Tổng bề rộng khe nứt của toàn dầm là 9,4mm.

Dầm SFRCBê tông sợi thép có cốt thép.

- Dầm bắt đầu xuất hiện vết nứt khi dầm gia tải trọng ở cấp thứ 4 chu kỳ 1, bề rộng khe nứt lớn nhất ở cấp 4 là 0,05mm. Sang cấp 5 bề rộng khe nứt lớn nhất là 0,1mm

- Cấp tải 4,5,6,7 chu kỳ 2 bề rộng khe nứt lớn nhất tương ứng là 0,1mm, 0,15mm, 0,2mm, 0,25mm. Cuối cấp 7 trước khi dầm bị phá hoại bê rộng khe nứt lớn nhất là 2,5mm. Bề rộng khe nứt tương đối đồng đều tại mỗicấp tải. Phù hợp với các tài liệu tham khảo.

- Tổng số lượng vết nứt đến khi dầm bị phá hoại là 29vết.

- Tổng bề rộng khe nứt của toàn dầm là 7.25mm.

4.4. Giai đoạn phá hoại dầm và tải trọng cực hạn.

Nhận xét:

Dầm RC:

- Bắt đầu xuất hiện vết nứt tại cấp tải trọng thứ 4 của chu kỳ 1 tương ứng với tải trọng 2x8000kG đặt tại 2 điểm tương đương với 4000kG/m- tải phân bố đều.

- Dầm bị phá hoại khi gia tải cấp 7 của chu kỳ 2 tương ứng vớitải trọng 2x13160kG đặt tại 2 điểm atương đương với 6580kG/m- tải phân bố đều.

Dầm SFRC:

- Bắt đầu xuất hiện vết nứt tại cấp tải trọng thứ 4 của chu kỳ 1 tương ứng với tải trọng 2x8000kG đặt tại 2 điểm tương đương với 4000kG/m - tải phân bố đều.

- Dầm bị phá hoại khi gia tải cấp 7 của chu kỳ 2 tương ứng với tải trọng 2x16421 kG đặt tại 2 điểm tương đương với 8210kG/m- tải phân bố đều.

5.Kết luận.

5.1. Chuyển vị giữa dầm.

Dầm SFRC Bê tông sợi thép có cốt thép có chuyển vị tuyệt đối nhỏ hơn dầm RC Bê tông cốt thép thông thường.

Tại cấp 100% tải cấp 5 chu kỳ 1. Giá trị chuyển vị lớn nhất của dầm SFRC là 12,36mm nhỏ hơn 44.65% so với dầm RC dầm RC có giá trị tương ứng là 22.33mm.

Tại cấp tải gần phá hoại cấp 6 chu kỳ 2 , giá trị chuyền vị lớn nhất của dầm SFRC là 16,54mm nhỏ hơn 38.46% so với dầm RC dầm RC có giá trị tương ứng là 26.88mm.

5.2. Vị trí đường trung hoà.

Dầm SFRC có vị trí đường trung hoà chuyển dịch lên trên vùng nén. Cụ thể đối mẫu thí nghiệm: Dầm SFRC có vị trí đường trung hoà cao hơn so với dầm RC là 10.0cm.

Như vậy diện tích tiết diện vùng chịu kéo của dầm SFRC tăng lên so với dầm RC là 50%. Đồng nghĩa với việc tăng sức chịu tải của dầm SFRC.

5.3. Khe nứt.

Dầm SFRC và dầm RC có giai đoạn bắt đầu xuất hiện vết nứt như nhau. Quá trình gia tăng tải trọng dầm SFRC xuất hiện thêm nhiều vết nứt mới, trong khi ở dầm RC các vết nứt cũ được mở rộng và phát triểnlên cao.

Dầm SFRC có số lượng vết nứt nhiều hơn so với dầm RC, các vết nứt được phân bố đều theo chiều dài dầm. Bề rộng khe bứt trong dầm SFRC nhỏ hơn so với dầm RC.Cụ thể đối với mẫu thí nghiệm: Dầm SFRC có 29 vét nứt, tổng bề rộng khe nứt là 7.25mm. Dầm RC có 22 vết nứt tổng bề rộng khe nứt là 9.40mm.

Tại vị trí tiết diện chịu cắt dầm SFRC có bề rộng khe nứt nhỏ hơn nhiều so với dầm RC đối với mẫu thí nghiệm giá trị này nhỏ hơn 0,25 lần. Như vậy khả năng chịu cắt của dầm SFRC tăng đáng kể so với dầm RC.

5.4.Khả năng chịu lực.

Dầm SFRC có tải trọng phá hoại lớn hơn so với dầm RC. Như vậy dầm SFRC có khả năng chịu lưc tốt hơn dầm RC. Cụ thể đối với mẫu thí nghiệm: tải trọng phá hoại dầm RC là 6580kG/m, tải trọng phá hoại dầm SFRC là 8210kG/m, tăng 24,77%.

5.5 Ứng dụng của bê tông cốt sợi thép phân tán.

Dùng trong sửa chữa công trình, bê tông bản sàn trên nền đàn hồi, bê tông kết cấu đúc sẵn, bê tông phun ổn định mái dốc, bê tông vừa chịu lực vừa có yêu cầu chống thấm cao, bê tông vỏ tunnel, mặt đường băng sân bay nơi đỗ nặng của máy bay, bê tông có độ dẻo dai cao, bê tông chống va đập, chống mỏi cao.

TS. Trần Bá Việt

Nguồn: Tạp chí VLXD, số 3/2006