Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu lớp mặt cầu bằng bê tông siêu cao cường độ UHPFRC trên bản thép trực ...

• Tác giả: Đặng Văn Sỹ
• Người hướng dẫn: Phạm Duy Hữu
• Trường học: Trường Đại học Giao thông Vận tải
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình đặc biệt
• Đề tài: Nghiên cứu lớp mặt cầu bằng bê tông tính năng siêu cao gia cường cốt sợi thép (UHPFRC) trên bản thép trực hướng
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 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 [23]
• 1.7. Chỉ dẫn của Hội kỹ sư xây dựng Nhật bản JSCE [65]
• 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 [23]
• 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

Tóm tắt

I. Giới thiệu về lớp mặt cầu bê tông và bê tông siêu cao cường độ UHPFRC

Nghiên cứu tập trung vào việc ứng dụng bê tông siêu cao cường độ UHPFRC trong lớp mặt cầu bê tông trên bản thép trực hướng. UHPFRC là vật liệu có cường độ nén và kéo vượt trội, được gia cường bằng sợi thép, giúp cải thiện độ bền và tuổi thọ của kết cấu. Bản thép trực hướng là giải pháp phổ biến trong xây dựng cầu nhờ trọng lượng nhẹ và độ cứng cao. Tuy nhiên, các hư hỏng như nứt lớp phủ và mối hàn đặt ra yêu cầu cải tiến vật liệu. UHPFRC được xem là giải pháp tiềm năng để thay thế lớp phủ truyền thống, giảm thiểu hư hỏng và kéo dài tuổi thọ công trình.

1.1. Thành phần và tính năng của UHPFRC

UHPFRC bao gồm xi măng, muội silic, cốt liệu mịn, và sợi thép. Thành phần này tạo ra cấu trúc đặc chắc, cải thiện cường độ nén và kéo. Các nghiên cứu chỉ ra rằng UHPFRC có cường độ nén trên 100MPa và khả năng chịu kéo uốn vượt trội. Điều này giúp giảm thiểu vết nứt và tăng độ bền cho kết cấu. Các chỉ dẫn thiết kế từ AFGC và JSCE cung cấp hướng dẫn chi tiết về ứng dụng UHPFRC trong xây dựng.

1.2. Ứng dụng UHPFRC trong lớp mặt cầu

UHPFRC được sử dụng làm lớp phủ cho bản thép trực hướng, giúp giảm hư hỏng do tải trọng xe và môi trường. Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy lớp phủ UHPFRC có khả năng chịu mô men âm tốt, giảm ứng suất trên bản thép và mối hàn. Điều này giúp kéo dài tuổi thọ của cầu và giảm chi phí bảo trì. Ứng dụng UHPFRC trong các công trình cầu ở Việt Nam như cầu Thăng Long và cầu Cần Thơ đã cho thấy hiệu quả rõ rệt.

II. Nghiên cứu kết cấu và vật liệu xây dựng

Nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế và chế tạo UHPFRC phù hợp với điều kiện Việt Nam. Các vật liệu như xi măng, muội silic, và sợi thép được lựa chọn kỹ lưỡng để đảm bảo chất lượng. Quy trình thiết kế thành phần UHPFRC dựa trên lý thuyết tối ưu độ đặc, giúp đạt được cường độ và độ bền cao. Các thí nghiệm về cường độ nén, kéo uốn, và mô đun đàn hồi được thực hiện để đánh giá hiệu quả của vật liệu.

2.1. Thiết kế thành phần UHPFRC

Thành phần UHPFRC được thiết kế dựa trên tỷ lệ tối ưu giữa xi măng, muội silic, và cốt liệu mịn. Sợi thép được thêm vào để gia cường khả năng chịu kéo. Các thí nghiệm cho thấy UHPFRC đạt cường độ nén trên 100MPa và cường độ kéo uốn cao. Quy trình trộn và bảo dưỡng được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng vật liệu. Kết quả thí nghiệm cho thấy UHPFRC có khả năng chịu tải tốt và độ bền cao.

2.2. Thí nghiệm ứng xử kéo uốn

Các thí nghiệm ứng xử kéo uốn được thực hiện để đánh giá khả năng chịu tải của UHPFRC. Kết quả cho thấy vật liệu có khả năng chịu mô men âm tốt, giảm thiểu vết nứt và tăng độ bền cho kết cấu. Các mô hình phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) được sử dụng để kiểm chứng kết quả thí nghiệm. Kết quả phân tích cho thấy UHPFRC có khả năng chịu tải cao và phù hợp với ứng dụng trong lớp mặt cầu.

III. Kỹ thuật xây dựng và công nghệ bê tông

Nghiên cứu đề xuất các giải pháp kỹ thuật để ứng dụng UHPFRC trong xây dựng lớp mặt cầu. Các quy trình thi công, bảo dưỡng, và kiểm tra chất lượng được đề xuất để đảm bảo hiệu quả của vật liệu. Công nghệ bê tông hiện đại được áp dụng để cải thiện chất lượng và độ bền của kết cấu. Các nghiên cứu thực nghiệm và phân tích kết cấu cho thấy UHPFRC là giải pháp tiềm năng để nâng cao chất lượng và tuổi thọ của các công trình cầu.

3.1. Quy trình thi công lớp phủ UHPFRC

Quy trình thi công lớp phủ UHPFRC bao gồm các bước chuẩn bị bề mặt, đúc bê tông, và bảo dưỡng. Các yêu cầu kỹ thuật được đặt ra để đảm bảo chất lượng và độ bền của lớp phủ. Các thí nghiệm kiểm tra chất lượng được thực hiện để đánh giá hiệu quả của quy trình thi công. Kết quả cho thấy lớp phủ UHPFRC có khả năng chịu tải tốt và giảm thiểu hư hỏng.

3.2. Phân tích ứng xử kết cấu

Phân tích ứng xử kết cấu được thực hiện để đánh giá hiệu quả của UHPFRC trong việc giảm ứng suất và biến dạng trên bản thép trực hướng. Các mô hình phân tích bằng phương pháp PTHH cho thấy UHPFRC có khả năng chịu tải cao và giảm thiểu hư hỏng. Kết quả phân tích cho thấy UHPFRC là giải pháp hiệu quả để nâng cao chất lượng và tuổi thọ của các công trình cầu.