Nghiên cứu lớp mặt cầu bê tông siêu cao cấp UHPFRC gia cường cốt thép trên bản thép trực hướng

LỜI CÁM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG TÍNH NĂNG SIÊU CAO GIA CƯỜNG CỐT SỢI VÀ CÁC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TRÊN BẢN THÉP TRỰC HƯỚNG

1.1. Thành phần, tính năng của UHPFRC

1.2. Thành phần của UHPFRC

1.3. Tính năng cơ học của UHPFRC

1.4. Tính năng về độ bền của UHPFRC

1.5. Mô hình ứng xử uốn thiết kế của UHPFRC

1.6. Chỉ dẫn thiết kế UHPFRC của AFGC

1.7. Chỉ dẫn của Hội kỹ sư xây dựng Nhật bản JSCE

1.8. Chỉ dẫn thiết kế của Australia. Hướng dẫn tính toán ở Mỹ

1.9. Các nghiên cứu trong nước

1.10. Lớp phủ mặt cầu bản thép trực hướng bằng bê tông cốt sợi

1.11. Giới thiệu về mặt cầu trực hướng và lớp phủ mặt cầu

1.12. Ứng dụng mặt cầu trực hướng

1.13. Các hư hỏng của mặt cầu thép trực hướng

1.14. Các mô hình sử dụng lớp phủ mặt cầu bằng bê tông cốt sợi

1.15. Các nghiên cứu về lớp phủ bê tông cốt sợi trên bản thép trực hướng

1.16. Xác định vấn đề nghiên cứu của Luận án

1.17. Các vấn đề đề tài tập trung nghiên cứu

1.18. Kết luận chương 1

2. CHƯƠNG 2: THÀNH PHẦN VÀ TÍNH NĂNG CỦA BÊ TÔNG TÍNH NĂNG SIÊU CAO GIA CƯỜNG CỐT SỢI

2.1. Vật liệu chế tạo

2.2. Phụ gia siêu dẻo

2.3. Thiết kế thành phần UHPFRC-V

2.4. Mục tiêu thiết kế thành phần UHPFRC-V

2.5. Phương pháp thiết kế dựa trên lý thuyết tối ưu độ đặc

2.6. Tính toán lựa chọn hỗn hợp bê tông

2.7. Chế tạo UHPFRC-V. Thành phần cấp phối cho một mẻ trộn

2.8. Trình tự và thời gian trộn

2.9. Bảo dưỡng bê tông

2.10. Nội dung và số lượng mẫu thí nghiệm

2.11. Thí nghiệm xác định tính năng cơ học của UHPFRC-V

2.12. Phương pháp thí nghiệm

2.13. Kết quả thí nghiệm. Xác định ứng xử kéo uốn của UHPFRC-V

2.14. Phân tích ngược xác định ứng xử kéo uốn của UHPFRC-V

2.15. Mô hình ứng xử kéo uốn của UHPFRC-V

2.16. Mô hình ứng xử nén của UHPFRC-V

2.17. Phân tích bằng phương pháp PTHH

2.18. Kết luận chương 2

3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ UỐN ÂM CỦA UHPFRC-V TRÊN BẢN THÉP

3.1. Mô hình ứng dụng UHPFRC-V trên mặt cầu trực hướng

3.2. Lựa chọn mô hình thí nghiệm

3.3. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm

3.4. Vật liệu chế tạo

3.5. Chế tạo mẫu thí nghiệm

3.6. Phương pháp và trình tự thí nghiệm

3.7. Thiết bị thí nghiệm. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm

3.8. Tiến trình thí nghiệm

3.9. Kết quả thí nghiệm

3.10. Quan sát ứng xử của mẫu bằng trực quan

3.11. Biểu đồ tải trọng - biến dạng kéo lớn nhất của UHPFRC-V

3.12. Biểu đồ tải trọng - độ võng

3.13. Quan hệ tải trọng - bề rộng vết nứt

3.14. Quan hệ giữa tải trọng - biến dạng mặt bên của mẫu

3.15. Mô hình ứng xử uốn của UHPFRC-V trên bản thép

3.16. Phân tích ngược bằng phương pháp giải tích

3.17. Kiểm chứng mô hình bằng phương pháp phần tử hữu hạn

3.18. Kết luận chương 3

4. CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH ỨNG XỬ KẾT CẤU BẢN THÉP TRỰC HƯỚNG CÓ LỚP PHỦ BẰNG UHPFRC-V

4.1. Cơ chế ứng xử cơ học, phương pháp tính toán, phân tích kết cấu OSD

4.2. Các cơ chế ứng xử của kết cấu OSD

4.3. Phương pháp phân tích kết cấu mặt cầu thép trực hướng

4.4. Các trạng thái giới hạn

4.5. Trạng thái giới hạn mỏi

4.6. Trạng thái giới hạn của UHPFRC-V

4.7. Ứng xử của UHPFRC-V trên OSD bằng phương pháp giải tích

4.8. Mô men âm trên mặt cầu trực hướng do tải trọng khai thác

4.9. Mô men gây nứt của mặt cắt

4.10. Ứng suất, biến dạng trên mặt cắt liên hợp bản thép - UHPFRC-V

4.11. Phân tích ứng xử kết cấu OSD có lớp phủ bằng UHPFRC-V

4.12. Mục tiêu phân tích

4.13. Giới thiệu phần mềm, lựa chọn phần tử

4.14. Mô hình, vật liệu, điều kiện biên

4.15. Kết quả phân tích

4.16. Kết luận chương 4

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về bê tông siêu cao cấp UHPFRC và ứng dụng trên bản thép trực hướng

Bê tông siêu cao cấp UHPFRC là vật liệu có tính năng vượt trội, được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng cầu. Bản thép trực hướng (OSD) là giải pháp phổ biến cho cầu nhịp lớn nhờ trọng lượng nhẹ và độ cứng cao. Tuy nhiên, các hư hỏng như nứt lớp phủ, xuống cấp mối hàn thường xảy ra, làm giảm tuổi thọ cầu. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng UHPFRC làm lớp phủ mặt cầu, nhằm cải thiện độ bền và kéo dài thời gian khai thác. Các nghiên cứu quốc tế đã chứng minh hiệu quả của UHPFRC trong việc giảm thiểu hư hỏng và tăng cường khả năng chịu tải.

1.1. Thành phần và tính năng của UHPFRC

UHPFRC được chế tạo từ xi măng, cốt sợi thép, và các phụ gia siêu dẻo, đạt cường độ nén trên 100MPa. Tính năng cơ học vượt trội, bao gồm độ bền kéo uốn cao và khả năng chống nứt tốt, làm cho UHPFRC trở thành vật liệu lý tưởng cho lớp phủ mặt cầu. Các chỉ dẫn thiết kế từ AFGC và JSCE cung cấp hướng dẫn chi tiết về ứng dụng UHPFRC trong kết cấu cầu.

1.2. Ứng dụng UHPFRC trên bản thép trực hướng

Bản thép trực hướng thường gặp các vấn đề như nứt lớp phủ và hư hỏng mối hàn. UHPFRC được đề xuất làm lớp phủ thay thế nhờ khả năng chịu tải và độ bền cao. Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy UHPFRC giúp giảm đáng kể ứng suất trên bản thép và đường hàn, đồng thời tăng cường khả năng chịu mô men âm.

II. Thành phần và thiết kế UHPFRC V

UHPFRC-V là phiên bản cải tiến của UHPFRC, được thiết kế để tối ưu hóa tính năng cơ học và độ bền. Quá trình thiết kế bao gồm lựa chọn vật liệu, tối ưu hóa thành phần, và thử nghiệm cơ học. Nghiên cứu này sử dụng phương pháp tối ưu độ đặc để đạt được cường độ nén và kéo uốn cao nhất. Các thí nghiệm xác định tính năng cơ học của UHPFRC-V cho thấy kết quả vượt trội so với bê tông truyền thống.

2.1. Vật liệu chế tạo UHPFRC V

Thành phần chính của UHPFRC-V bao gồm xi măng, muội silic, cát quartz, và cốt sợi thép. Phụ gia siêu dẻo được sử dụng để cải thiện độ dẻo và khả năng chảy của hỗn hợp. Các vật liệu này được lựa chọn dựa trên tính sẵn có và khả năng đáp ứng yêu cầu kỹ thuật cao.

2.2. Thiết kế và thử nghiệm UHPFRC V

Quá trình thiết kế UHPFRC-V dựa trên lý thuyết tối ưu độ đặc, đảm bảo hỗn hợp đạt cường độ nén và kéo uốn tối đa. Các thí nghiệm xác định tính năng cơ học, bao gồm cường độ nén, mô đun đàn hồi, và khả năng chịu kéo uốn, được thực hiện để đánh giá hiệu quả của UHPFRC-V.

III. Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử uốn của UHPFRC V trên bản thép

Nghiên cứu thực nghiệm tập trung vào ứng xử uốn của UHPFRC-V trên bản thép trực hướng. Các mẫu thí nghiệm được chế tạo và thử nghiệm dưới tải trọng uốn âm để đánh giá khả năng chịu tải và độ bền. Kết quả cho thấy UHPFRC-V có khả năng chịu mô men âm cao, giảm đáng kể ứng suất trên bản thép và đường hàn.

3.1. Mô hình thí nghiệm và chuẩn bị mẫu

Các mẫu thí nghiệm được chế tạo từ bản thép và lớp phủ UHPFRC-V, với các kích thước và cấu tạo khác nhau. Quá trình chuẩn bị bao gồm làm sạch bề mặt bản thép, đúc mẫu, và bảo dưỡng để đảm bảo chất lượng mẫu thí nghiệm.

3.2. Kết quả thí nghiệm và phân tích

Kết quả thí nghiệm cho thấy UHPFRC-V có khả năng chịu tải cao, giảm đáng kể ứng suất trên bản thép và đường hàn. Các biểu đồ tải trọng - độ võng và tải trọng - bề rộng vết nứt được sử dụng để phân tích ứng xử của mẫu. Phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) xác nhận tính chính xác của mô hình thí nghiệm.

IV. Phân tích ứng xử kết cấu bản thép trực hướng có lớp phủ UHPFRC V

Phân tích kết cấu tập trung vào ứng xử của bản thép trực hướng có lớp phủ UHPFRC-V dưới tải trọng khai thác. Các mô hình tính toán và phân tích bằng phần mềm PTHH được sử dụng để đánh giá ứng suất, biến dạng, và khả năng chịu tải của kết cấu. Kết quả cho thấy UHPFRC-V giúp giảm đáng kể ứng suất trên bản thép và đường hàn, đồng thời tăng cường độ bền và tuổi thọ của cầu.

4.1. Mô hình tính toán và phân tích

Các mô hình tính toán được xây dựng để phân tích ứng xử của bản thép trực hướng có lớp phủ UHPFRC-V. Phần mềm PTHH được sử dụng để mô phỏng tải trọng khai thác và đánh giá ứng suất, biến dạng trên bản thép và đường hàn.

4.2. Kết quả phân tích và đánh giá

Kết quả phân tích cho thấy UHPFRC-V giúp giảm đáng kể ứng suất trên bản thép và đường hàn, đồng thời tăng cường độ bền và tuổi thọ của cầu. Các biểu đồ ứng suất và biến dạng được sử dụng để đánh giá hiệu quả của lớp phủ UHPFRC-V trong việc cải thiện khả năng chịu tải của kết cấu.

Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu lớp mặt cầu bằng bê tông tính năng siêu cao UHPFRC gia cường cốt sợi thép trên bản thép trực hướng