Tổng quan luận án

Công nghệ xây dựng cầu dầm hộp bê tông cốt thép dự ứng lực lắp ghép phân đoạn là giải pháp kỹ thuật cho phép đúc sẵn các phân đoạn dầm tại bãi đúc song song với quá trình thi công hạ bộ (mố, trụ), qua đó rút ngắn thời gian thi công và phù hợp với các công trình cầu vượt cạn trong đô thị có mặt bằng thi công chật hẹp cũng như các cầu vượt sông, vượt biển. Tuy nhiên, sự xuất hiện của các mối nối giữa các phân đoạn dầm đúc sẵn làm thay đổi tính toàn khối của kết cấu, dẫn đến cơ chế truyền lực cắt và mô-men xoắn qua mối nối có sự khác biệt rõ rệt so với dầm bê tông cốt thép dự ứng lực đổ tại chỗ toàn khối. Khi chịu tác động của tải trọng khai thác, đặc biệt là các tổ hợp tải trọng gây ra lực cắt kết hợp với mô-men xoắn do tải trọng xe chạy lệch tâm, vị trí mối nối trở thành khu vực xung yếu dễ phát sinh ứng suất cục bộ, mở rộng khe nối và suy giảm khả năng chịu lực.

Luận án tiến sĩ kỹ thuật của tác giả Nguyễn Đắc Đức, thực hiện tại Trường Đại học Giao thông Vận tải dưới sự hướng dẫn của PGS. Nguyễn Ngọc Long và GS. Trần Đức Nhiệm (năm 2020), giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu sau:

  1. Phân tích, đánh giá tổng quan cơ chế làm việc và các mô hình tính toán sức kháng cắt của mối nối có khóa chống cắt trong cầu dầm hộp lắp ghép phân đoạn theo các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành (AASHTO, Eurocode, DIN-DBV, 22TCN 272-05) và các công thức lý thuyết thực nghiệm.
  2. Thực hiện nghiên cứu thực nghiệm trên các tổ mẫu bê tông có khóa chống cắt (các tổ mẫu S30, S40, S55, S60) dưới các mức ứng suất nén pháp tuyến khác nhau để xác định khả năng chịu cắt cực hạn, quy luật hình thành và phát triển vết nứt, cũng như quan hệ lực cắt - biến dạng trượt.
  3. Xây dựng mô hình phân tích mô phỏng số bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để kiểm chứng số liệu thực nghiệm, khảo sát ảnh hưởng của việc bố trí cốt thép xi qua khóa chống cắt và đặc trưng tiếp xúc tại bề mặt mối nối.
  4. Nghiên cứu ảnh hưởng của mô-men xoắn (do tải trọng lệch tâm) đến sức kháng cắt của mối nối có khóa chống cắt đối với kết cấu dầm hộp lắp ghép phân đoạn; vận dụng đánh giá ứng xử chịu lực của cầu dầm hộp liên tục lắp ghép phân đoạn dưới tác dụng của tĩnh tải và hoạt tải HL93.
  • Đối tượng nghiên cứu: Kết cấu nhịp cầu dầm hộp bê tông cốt thép dự ứng lực thi công theo công nghệ lắp ghép phân đoạn, tập trung vào chi tiết cấu tạo mối nối có khóa chống cắt kết hợp chất dính kết hoặc mối nối khô.
  • Phạm vi nghiên cứu: Khả năng chịu cắt của khóa chống cắt đơn lẻ và cụm khóa chống cắt; đánh giá ảnh hưởng tương tác giữa lực cắt và mô-men xoắn thông qua tác động của tải trọng lệch tâm trên dầm hộp phân đoạn; đối chiếu với điều kiện thiết kế, thi công thực tế tại các dự án cầu lắp ghép phân đoạn ở Việt Nam (như dự án đường ô tô Tân Vũ - Lạch Huyện và tuyến đường sắt đô thị Metro số 1 Bến Thành - Suối Tiên).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Khái niệm về cấu kiện bê tông phân đoạn lắp ghép được Eugene Freyssinet đề xuất từ những năm 1930 và áp dụng thực tế đầu tiên vào năm 1946 tại cầu vòm Luzancy bắc qua sông Marne (Pháp) với mối nối chèn vữa bê tông. Đến năm 1962, Jean Muller thiết kế và xây dựng thành công cầu dầm hộp lắp ghép phân đoạn liên kết bằng mối nối keo epoxy tại cầu Choisy-le-Roi (Pháp). Kể từ đó, nhiều nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết về ứng xử cơ học của mối nối đã được thực hiện:

  • Nghiên cứu về mối nối phẳng: Franz (1959) thí nghiệm trên mẫu 5 khối lập phương kích thước 20x20x20 cm³, đưa ra kết luận cường độ cắt danh định bằng 0,7 lần ứng suất nén và không phụ thuộc vào độ lệch tâm của lực nén. Jones (1959) nghiên cứu trên mẫu lăng trụ kích thước 10x15x107 cm³ có mối nối vữa, xác định hệ số ma sát trung bình của mối nối sau khi trượt là 0,691. Gaston và Kriz (1964) thí nghiệm mối nối phẳng có bu lông, khẳng định sức kháng cắt là hàm tuyến tính của ứng suất nén pháp tuyến. Zelger và Rusch (1961) thí nghiệm mẫu 70x25x8 cm³ với mối nối epoxy và đề xuất công thức tính cường độ cắt: $\tau = 9,85 + 0,4\sigma_n$ (psi). Sims và Woodhead (1968) nghiên cứu mẫu dầm ghép từ các khối lập phương 15,24 cm phục vụ thiết kế cầu Rawcliffe (Anh), ghi nhận dạng phá hoại trượt qua lớp keo epoxy và sự cải thiện cường độ khi tăng độ nhám bề mặt. Nakazawa (1984) khảo sát mối nối epoxy trên mẫu hình trụ đường kính 102 mm và 67 mm.
  • Nghiên cứu về mối nối có khóa chống cắt: Romako và Sadler (1981) nghiên cứu hiện tượng vỡ khóa chống cắt khi thi công cầu trên tuyến đường 406 - Twelve Mile Creek (Mỹ), đề xuất công thức tính cường độ cắt trung bình qua khóa $\tau = 5,8\sqrt{f'_c}$ (MPa). Koseki và Breen (1983), Buyukozturk, Bakhoum và Beattie (1990, 1991) tiến hành thí nghiệm trên mẫu lăng trụ có khóa chống cắt dưới tải trọng tĩnh và tải trọng lặp, làm rõ cơ chế truyền lực cắt và sự suy giảm độ cứng của mối nối khô so với mối nối có keo epoxy. Các nghiên cứu trên dầm lắp ghép hoàn chỉnh gồm có công trình của Kashima và Breen (1975, dầm L = 20,2 m), MacGregor, Breen và Kreger (1989, dầm L = 22,9 m), Takebayashi, Deeprasertwong và Leung (1994, L = 43,75 m), Falkner, Teutsch và Huang (1997, L = 6,0 m và 7,75 m).
Tác giả / Tổ chức Năm Loại mô hình thí nghiệm Dạng mối nối khảo sát
Franz 1959 Lập phương 20x20x20 cm³ Mối nối vữa xi măng phẳng, răng cưa
Jones 1959 Lăng trụ 10x15x107 cm³ Mối nối vữa xi măng phẳng, không cốt thép
Zelger 1961 Lăng trụ 8x25x75 cm³ Mối nối vữa xi măng và mối nối keo nhân tạo
Gaston, Kriz 1964 Lăng trụ 10x15x16 cm³ Mối nối khô và mối nối vữa phẳng
Koseki, Breen 1983 Lăng trụ 7,6x50x122 cm³ Mối nối khô và keo epoxy có 1 khóa cắt
Buyukozturk và cs 1990 Lăng trụ 7,6x25,4x80 cm³ Mối nối phẳng khô và keo epoxy
Kashima, Breen 1975 Dầm nhịp L = 20,2 m Mối nối keo epoxy có 1 khóa cắt
MacGregor và cs 1989 Dầm nhịp L = 22,9 m Mối nối keo epoxy và mối nối khô nhiều khóa

Khoảng trống nghiên cứu được luận án xác định: Phần lớn các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung vào sức kháng cắt thuần túy của khóa chống cắt hoặc dầm phân đoạn dưới tải trọng uốn - cắt phẳng. Sự kết hợp đồng thời giữa lực cắt và mô-men xoắn do tải trọng lệch tâm gây ra trên dầm hộp phân đoạn có khóa chống cắt chưa được định lượng đầy đủ trong các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành (như AASHTO LRFD hay 22TCN 272-05). Luận án giải quyết khoảng trống này bằng cách kết hợp thực nghiệm nén - cắt trực tiếp trên các cấp mẫu bê tông khác nhau và mô phỏng số dầm hộp chịu tác dụng của lực cắt và mô-men xoắn đồng thời.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên các mô hình lý thuyết và quy chuẩn tính toán kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực:

  • Mô hình cơ học kháng cắt tại mối nối: Gồm mô hình ma sát cắt trượt (shear friction theory), mô hình chống - giằng (strut-and-tie model / giàn ảo) và mô hình kháng mô-men cục bộ tại chân khóa chống cắt.
  • Các tiêu chuẩn thiết kế đối chiếu: Tiêu chuẩn AASHTO 1999/2017, Tiêu chuẩn Đức DBV99, công thức thực nghiệm của Roberts và Breen (1993), công thức Rombach, Tiêu chuẩn Châu Âu (Eurocode 2 / EN 1992) và Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 của Việt Nam.
  • Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp phương pháp thực nghiệm cơ học phá hoại và phương pháp mô phỏng số phi tuyến bằng phần tử hữu hạn (FEM).
    • Thực nghiệm: Chế tạo các tổ mẫu bê tông (S30, S40, S55, S60) có cấu tạo khóa chống cắt theo nguyên lý đúc "in oản" (match-casting). Thí nghiệm nén - cắt hai trục đồng thời bằng hệ thống gia tải thủy lực: lực nén ngang $H$ tạo ứng suất nén pháp tuyến $\sigma_n$ thay đổi từ 1 MPa đến 6 MPa; lực cắt thẳng đứng $V$ tăng dần đến khi khóa bị cắt đứt hoàn toàn. Đo đạc lực tác dụng $V$, $H$ và chuyển vị trượt $D$.
    • Mô phỏng số: Sử dụng mô hình phần tử hữu hạn phi tuyến mô phỏng phi tuyến vật liệu bê tông, mô hình vết nứt phân tán/vết nứt rời rạc, điều kiện tiếp xúc ma sát tại mặt phân giới mối nối, xét đến hàm thông số ảnh hưởng của co ngót và từ biến theo thời gian. Khảo sát dầm hộp lắp ghép phân đoạn với các sơ đồ bố trí cáp dự ứng lực thẳng và gãy khúc dưới tải trọng đúng tâm và lệch tâm (lệch tâm 100 mm, 200 mm).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa các công nghệ xây dựng và chế tạo cầu dầm hộp bê tông cốt thép dự ứng lực phân đoạn, bao gồm 5 công nghệ lắp ghép chính:

  1. Lắp ghép trên đà giáo cố định (áp dụng tại cầu Luzancy).
  2. Lắp hẫng tịnh tiến (Progressive Placement Method, áp dụng tại các cầu Rombas, St. Cloud ở Pháp và cầu Linn Cove ở Mỹ năm 1984).
  3. Lắp ghép cân bằng đối xứng bằng giàn treo di động (cầu cạn Oleron 1964-1966).
  4. Lắp hẫng cân bằng truyền thống dùng xe lắp hẫng.
  5. Lắp ghép phân đoạn tuần tự hoàn chỉnh từng nhịp trên đà giáo (Span By Span - SBS, áp dụng tại cầu Long Keys 1982, cầu Bang Na dài 54 km tại Thái Lan, cầu Tân Vũ - Lạch Huyện tại Hải Phòng).

Về kỹ thuật chế tạo, chương phân tích hai phương pháp: kỹ thuật đúc nhiều phân đốt trên bệ dài (long-line casting) và kỹ thuật đúc từng phân đoạn trên bệ ngắn (short-line casting) theo nguyên lý đúc "in oản". Phân loại mối nối trong cầu lắp ghép được tổng hợp thành 2 nhóm theo AASHTO (Type A: mối nối ướt; Type B: mối nối khô) và chi tiết hóa thành 6 dạng kết cấu:

  • Loại 1: Bê tông đổ tại chỗ có cốt thép chờ (dày 20 - 60 cm).
  • Loại 2: Bê tông hạt mịn không có cốt thép chờ (dày 7 - 12 cm).
  • Loại 3: Vữa xi măng (dày 2 - 5 cm).
  • Loại 4: Keo epoxy (dày < 3 mm, thường quét 1 - 2 mm).
  • Loại 5: Mối nối khô (không có vật liệu chèn).
  • Loại 6: Mối nối có khóa chống cắt kết hợp keo epoxy.

Chương cũng thống kê tình hình áp dụng mối nối tại Mỹ (Bảng 1.1) và quá trình ứng dụng tại Việt Nam từ các cầu dầm hộp khung T lắp hẫng đầu thập niên 1980 (cầu Rào, cầu Niệm, cầu An Dương dùng cáp 24 sợi $\phi 5$ neo trên bản nắp, sự cố sập cầu Rào năm 1986), cầu Kiền (2003), đến các dự án hiện đại như cầu đường ô tô Tân Vũ - Lạch Huyện (chiều dài cầu 4.433,7 m, dầm hộp cao 3,2 m, rộng 16 m, $f'_c = 50$ MPa) và tuyến Metro số 1 Bến Thành - Suối Tiên (12 km dầm chữ U lắp ghép phân đoạn).

Loại cáp dự ứng lực Số lượng cầu Mối nối in oản, khô Mối nối in oản, keo epoxy Đổ tại chỗ Vữa Tổng cộng
Cáp trong 77 0 (0%) 71 (92%) 6 (8%) 0 (0%) 77 (100%)
Chỉ có cáp ngoài 13 4 (31%) 9 (69%) 0 (0%) 0 (0%) 13 (100%)
Tổng cộng 90 4 (4%) 80 (89%) 6 (7%) 0 (0%) 90 (100%)

Chương 2: Phân tích và đánh giá sức kháng của mối nối có khóa chống cắt trong cầu lắp ghép phân đoạn

Chương 2 trình bày sự khác biệt về cơ chế truyền lực cắt giữa dầm bê tông cốt thép dự ứng lực toàn khối và dầm lắp ghép phân đoạn. Trong dầm toàn khối, lực cắt được truyền qua vùng bê tông chịu nén, cốt thép đai thẳng đứng và hiệu ứng chốt của cốt thép dọc. Trong dầm phân đoạn, tính liên tục của bê tông và cốt thép đai bị gián đoạn tại mặt phân giới, lực cắt truyền qua mối nối phụ thuộc vào ma sát phẳng giữa hai bề mặt bê tông, lực dính bám của lớp keo epoxy (nếu có), lực nén trước do cáp dự ứng lực dọc và sức kháng cắt trực tiếp của các khóa chống cắt (shear keys).

Chương phân tích chi tiết 3 mô hình tính toán sức kháng cắt danh định của mối nối:

  1. Mô hình ma sát cắt trượt: Sức kháng cắt tỷ lệ thuận với lực nén pháp tuyến qua hệ số ma sát $\mu$.
  2. Mô hình chống - giằng: Thiết lập các thanh nén bê tông xiên và thanh giằng kéo tưởng tượng qua khóa cắt.
  3. Mô hình sức kháng mô-men: Xác định khả năng chịu lực cắt dựa trên mô-men uốn kháng nứt tại gốc khóa cắt.

Chương tiến hành tính toán so sánh sức kháng cắt $V_j$ của khóa chống cắt theo các công thức: AASHTO LRFD, Tiêu chuẩn Đức DBV99, công thức Roberts và Breen, công thức Rombach, Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 và Tiêu chuẩn Châu Âu Eurocode 2. Đồng thời, chương thiết lập cơ sở lý thuyết về sự phân bố ứng suất tiếp trên mặt cắt dầm hộp khi chịu tác dụng đồng thời của lực cắt và mô-men xoắn, xác định trường biến dạng ngang, trường ứng suất pháp và ứng suất tiếp tổng hợp tại mặt cắt giữa dầm.

Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm và phân tích mô phỏng số đánh giá khả năng chịu cắt của khóa chống cắt

Chương 3 thực hiện chương trình thực nghiệm và mô phỏng số nhằm đánh giá định lượng sức kháng cắt của khóa chống cắt:

  • Thiết kế và chế tạo mẫu thí nghiệm: Đúc các cặp mẫu thử bê tông theo 4 cấp cường độ khác nhau gồm các tổ mẫu S30, S40, S55 và S60. Quy trình đúc tuân thủ kỹ thuật "in oản" hai giai đoạn: đúc khối mẫu Loại 1 trước, sau khi bê tông ninh kết sử dụng mặt bên có khóa của khối Loại 1 làm ván khuôn để đúc khối mẫu Loại 2 (có quét chất chống dính).
  • Quy trình thí nghiệm: Lắp đặt mẫu lên giá thử nghiệm hai trục. Tác dụng lực nén ngang $H$ cố định ở các cấp tương ứng với ứng suất nén từ 1 MPa đến 6 MPa, sau đó tăng dần lực cắt thẳng đứng $V$ qua kích thủy lực đến khi khóa bị phá hoại trượt cắt hoàn toàn. Ghi nhận các biểu đồ quan hệ lực cắt - lực nén ($V-H$) và lực cắt - chuyển vị ($V-D$) qua các lần thí nghiệm (lần 1 đến lần 5 cho từng tổ mẫu).
  • Kết quả thực nghiệm: Phá hoại của khóa chống cắt diễn ra theo dạng nứt chéo tại chân khóa rồi lan truyền nhanh dẫn đến cắt phẳng chân khóa. Khi áp lực nén ngang $H$ tăng lên, khả năng chịu cắt cực hạn $V$ của khóa tăng theo quan hệ gần như tuyến tính; cường độ bê tông càng cao (từ S30 đến S60) thì sức kháng cắt cực hạn của khóa càng lớn.
Nhóm thông số Tổ mẫu S30 Tổ mẫu S40 Tổ mẫu S55 Tổ mẫu S60
Cấp mẫu nghiên cứu Bê tông S30 Bê tông S40 Bê tông S55 Bê tông S60
Dải áp lực ngang $H$ khảo sát 1 - 6 MPa 1 - 6 MPa 1 - 6 MPa 1 - 6 MPa
Dạng phá hoại ghi nhận Cắt trượt chân khóa Cắt trượt chân khóa Cắt trượt chân khóa Cắt trượt chân khóa
Khảo sát mô phỏng bổ sung thép Không Không Bố trí cốt thép xi d8 Bố trí cốt thép xi d8
  • Phân tích mô phỏng số FEM: Xây dựng mô hình 3D cho các tổ mẫu S30, S40, S55, S60. Mô phỏng tái hiện chính xác vùng tập trung ứng suất tại góc lượn chân khóa, sự phát triển vết nứt và quan hệ chuyển vị - tải trọng so với thực nghiệm. Phân tích bổ sung mô hình khóa S55 và S60 có bố trí cốt thép xi đường kính 8 mm ($\phi 8$) xuyên qua khóa cho thấy: việc bố trí cốt thép $\phi 8$ giúp kiểm soát và thu hẹp độ mở rộng vết nứt, đồng thời tăng đáng kể khả năng chịu cắt cực hạn và độ dẻo của khóa so với mẫu không có cốt thép.

Chương 4: Ảnh hưởng của xoắn đến khả năng chịu cắt của mối nối với khóa chống cắt

Chương 4 mở rộng mô hình phân tích số để đánh giá ảnh hưởng của mô-men xoắn kết hợp với lực cắt trên kết cấu dầm hộp lắp ghép phân đoạn:

  • Thiết lập mô hình dầm hộp: Khảo sát các mẫu dầm phân đoạn với hai sơ đồ bố trí cáp dự ứng lực: nhóm C (cáp đặt thẳng: C1, C2, C3) và nhóm D (cáp đặt gãy khúc: D1, D2, D3). Tải trọng thẳng đứng được đặt ở các vị trí độ lệch tâm khác nhau: đúng tâm (C1, D1), lệch tâm 100 mm (C2, D2) và lệch tâm 200 mm (C3, D3).
  • Kết quả phân tích mô phỏng: Tải trọng lệch tâm tạo ra mô-men xoắn phụ thêm, làm phát sinh ứng suất tiếp xoắn cộng dồn với ứng suất tiếp do lực cắt tại một bên sườn dầm hộp. Độ lệch tâm của tải trọng càng lớn (từ 0 đến 200 mm), ứng suất cắt trên các khóa chống cắt tại sườn chịu lực tăng cao, dẫn đến sự suy giảm sức kháng cắt tổng thể của dầm và làm giảm giá trị tải trọng thẳng đứng gây phá hoại mối nối. Sơ đồ cáp gãy khúc (nhóm D) cho khả năng hạn chế độ võng và phân bố lại ứng suất tốt hơn so với cáp đặt thẳng (nhóm C).
  • Vận dụng phân tích cầu dầm hộp liên tục: Luận án áp dụng phân tích trên kết cấu cầu dầm hộp liên tục lắp ghép phân đoạn thực tế với hai dạng mặt cắt mối nối Loại A (Type A) và Loại B (Type B). Tính toán dưới tác dụng của tĩnh tải và hoạt tải tiêu chuẩn HL93 (xét hai trường hợp đặt tải đúng tâm và lệch tâm). Kết quả chỉ ra gradient ứng suất kéo tại đỉnh trụ và giữa nhịp theo từng cấp tải HL93, xác định độ mở rộng của mối nối và sự biến thiên ứng suất cắt trên các khóa chống cắt ở từng vị trí nhịp.

Kết quả và những đóng góp mới

  1. Về mặt lý thuyết và mô phỏng:
    • Đã tổng hợp, phân tích và so sánh có hệ thống các mô hình giải tích và tiêu chuẩn quốc tế tính toán sức kháng cắt của khóa chống cắt; làm rõ mức độ tương thích và sai lệch giữa các tiêu chuẩn (AASHTO, Eurocode, DBV99, 22TCN 272-05).
    • Thiết lập mô hình số FEM phi tuyến mô tả chính xác tương tác tiếp xúc và quá trình phát triển vết nứt tại khóa chống cắt; định lượng được mức độ đóng góp tăng cường sức kháng cắt và khả năng hạn chế vết nứt khi bố trí cốt thép xi $\phi 8$ qua khóa.
  2. Về mặt thực nghiệm:
    • Cung cấp bộ số liệu thực nghiệm nén - cắt trên 4 nhóm cấp phối bê tông (S30, S40, S55, S60) dưới các cấp áp lực nén ngang từ 1 đến 6 MPa, xác lập quy luật quan hệ giữa lực nén ngang, cường độ bê tông và sức kháng cắt phá hoại của khóa chống cắt.
  3. Về mặt ứng dụng thực tiễn:
    • Định lượng được mức độ suy giảm sức kháng cắt của mối nối dầm hộp khi chịu tác dụng đồng thời của mô-men xoắn do tải trọng lệch tâm.
    • Đưa ra các khuyến nghị kỹ thuật cho đơn vị tư vấn thiết kế và thẩm tra trong việc lựa chọn kích thước hình học, số lượng khóa chống cắt tại sườn và bản dầm hộp, cũng như biện pháp kiểm soát ứng suất cắt kết hợp xoắn trong cầu dầm hộp lắp ghép phân đoạn chịu hoạt tải HL93.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Các mẫu thực nghiệm trong luận án tập trung vào thí nghiệm khóa đơn/khóa cụm quy mô mẫu thử trong phòng thí nghiệm; chưa thực hiện thí nghiệm uốn - xoắn đồng thời trên mô hình dầm hộp lắp ghép phân đoạn quy mô lớn do hạn chế về thiết bị gia tải phức hợp.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    1. Mở rộng nghiên cứu thực nghiệm dầm hộp phân đoạn chịu tổ hợp uốn - cắt - xoắn trên mô hình kích thước lớn dưới tải trọng trùng phục/mỏi (fatigue loading).
    2. Khảo sát sâu hơn ảnh hưởng của nhiệt độ, co ngót, từ biến dài hạn của bê tông và sự suy thoái của lớp keo epoxy theo thời gian đến sự mở rộng mối nối và sức kháng cắt của khóa.

Giá trị tham khảo

  • Đối với nghiên cứu sinh và học viên cao học: Cung cấp tài liệu tham khảo chuyên sâu về cơ sở lý thuyết ma sát cắt, mô hình chống - giằng, phương pháp thiết lập thí nghiệm nén - cắt hai trục và kỹ thuật mô phỏng tiếp xúc phi tuyến trong kết cấu bê tông lắp ghép.
  • Đối với kỹ sư thiết kế và thẩm tra công trình cầu: Là tài liệu đối chiếu các công thức tính toán sức kháng cắt mối nối theo 22TCN 272-05 và AASHTO LRFD; cung cấp số liệu định lượng về ảnh hưởng của tải trọng lệch tâm để kiểm tra an toàn chịu cắt - xoắn tại mối nối cầu dầm hộp lắp ghép phân đoạn.
  • Đối với đơn vị thi công và quản lý dự án: Giúp nắm vững các yêu cầu kỹ thuật đúc "in oản", kiểm soát chất lượng bề mặt mối nối và bảo đảm độ kín khít khi lắp ghép phân đoạn tại công trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án phân loại mối nối cầu lắp ghép phân đoạn thành những loại nào?
Luận án phân loại theo AASHTO gồm 2 loại (Type A: mối nối ướt; Type B: mối nối khô) và chi tiết hóa thành 6 dạng: Loại 1 (bê tông đổ tại chỗ có thép chờ, 20-60 cm), Loại 2 (bê tông hạt mịn không cốt thép chờ, 7-12 cm), Loại 3 (vữa xi măng, 2-5 cm), Loại 4 (keo epoxy, < 3 mm), Loại 5 (mối nối khô), và Loại 6 (mối nối có khóa chống cắt kết hợp keo epoxy).

2. Các cấp mẫu bê tông nào đã được chế tạo và thí nghiệm cắt trong Chương 3?
Chương 3 chế tạo và thí nghiệm 4 tổ mẫu bê tông có khóa chống cắt gồm: tổ mẫu S30, S40, S55 và S60, được thử nghiệm dưới các cấp áp lực nén ngang biến thiên từ 1 MPa đến 6 MPa.

3. Việc bố trí cốt thép xi qua khóa chống cắt có tác dụng gì theo kết quả mô phỏng?
Kết quả phân tích số trên mẫu S55 và S60 cho thấy việc bố trí cốt thép xi đường kính $\phi 8$ qua khóa chống cắt giúp kiểm soát, hạn chế độ mở rộng vết nứt tại chân khóa, đồng thời nâng cao sức kháng cắt cực hạn và cải thiện độ dẻo dai của mối nối khi bị phá hoại.

4. Tải trọng lệch tâm gây ảnh hưởng như thế nào đến sức kháng cắt của mối nối dầm hộp trong Chương 4?
Tải trọng đặt lệch tâm (khảo sát ở độ lệch tâm 100 mm và 200 mm đối với các nhóm mẫu C và D) sinh ra mô-men xoắn phụ thêm, làm tăng ứng suất tiếp tổng hợp tại sườn hộp chịu tải, dẫn đến sự suy giảm sức kháng cắt của mối nối và làm giảm tải trọng phá hoại thẳng đứng của dầm so với trường hợp tải trọng đặt đúng tâm.

Kết luận

Luận án tiến sĩ kỹ thuật của tác giả Nguyễn Đắc Đức đã giải quyết vấn đề đánh giá khả năng chịu cắt và xoắn tại vị trí mối nối có khóa chống cắt trong cầu dầm hộp bê tông cốt thép dự ứng lực lắp ghép phân đoạn. Bằng việc kết hợp nghiên cứu thực nghiệm trên các tổ mẫu S30, S40, S55, S60 với phân tích mô phỏng số phi tuyến, luận án đã làm rõ quy luật chịu lực của khóa cắt và định lượng ảnh hưởng bất lợi của mô-men xoắn do tải trọng lệch tâm. Các kết quả và kiến nghị của luận án đóng góp cơ sở dữ liệu thực nghiệm và giải pháp tính toán phục vụ công tác thiết kế, thẩm tra và thi công các dự án cầu lắp ghép phân đoạn tại Việt Nam.