Chương 1. Tổng quan về bê tông cốt sợi thép và ứng xử cắt của dầm BTCST Chương 2. Nghiên cứu xây dựng mô hình dự báo sức kháng cắt của dầm BTCĐC CST Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử cắt của dầm bê tông cường độ cao cốt sợi thép Chương 4.
Nghiên cứu ứng dụng tính toán về cắt cho dầm cầu đường bộ sử dụng bê tông cường độ cao cốt sợi thép Kết luận và Kiến nghị 6. Kết quả dự kiến - Khuyến nghị, lựa chọn được một mô hình phù hợp tính toán sức kháng cắt cho dầm BT CĐC CST - Kiến nghị công thức tính toán sức kháng cắt cho dầm BTCĐC CST dựa vào lý thuyết kết hợp với thực nghiệm về ép chẻ của các tổ hợp mẫu bê tông cường độ cao cốt sợi thép. - Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến sức kháng cắt của dầm BTCĐC CST - Nghiên cứu thử nghiệm trên các dầm BTCĐC CST kiểm chứng công thức dự báo sức kháng cắt đưa ra. Dự báo được góc nghiên ứng suất kéo chủ và hình thức phá hoại cắt dầm BTCĐC CST - Đưa ra trình tự thiết kế cắt cho dầm cầu đường bộ.
TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP VÀ ỨNG XỬ CẮT DẦM BÊ TÔNG CỐT SỢI THÉP 1. Lịch sử phát triển bê tông cường độ cao cốt sợi thép 1. Lịch sử phát triển của bê tông cường độ cao Trên thế giới, do yêu cầu phát triển của ngành xây dựng công trình, luôn đòi hỏi vật liệu mới phải đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật của công trình. Bê tông cường độ cao là một trong những vật liệu mới được nghiên cứu từ những năm 1960 và được ứng dụng sau đó.
Lúc đầu bê tông cấp từ 34MPa trở lên đã được coi là cường độ cao [30], [90]. Theo thời gian quan niệm về bê tông cường độ cao cũng đã dần thay đổi, mới đầu bê tông cấp 40 MPa (6000 psi) được xem là cường độ cao và đó cũng là thành tựu đáng quý. Sau đó, theo báo cáo của tiểu ban 363R-92 [30] của Viện bê tông Hoa Kỳ lần thứ 2 đã thay đổi khái niệm, bê tông cường độ cao phải có cấp từ (41-55) MPa. Cho đến năm 1997 trong quá trình sửa đổi, Ủy ban bê tông 363 đã công nhận rằng định nghĩa bê tông cường độ cao tùy vào vị trí địa lý.
Ở những nơi ứng dụng bê tông thương phẩm chủ yếu có cường độ nén khoảng 34 MPa thì bê tông cường độ cao có cường độ chịu nén là 62 MPa trở lên. Theo [15] bê tông cường độ cao là loại bê tông có cường độ chịu nén tuổi 28 ngày, lớn hơn 60MPa, với mẫu hình trụ D=15cm; H=30cm. Mẫu được dưỡng hộ, thử nghiệm theo các tiêu chuẩn hiện hành. Bê tông cường độ cao (BT CĐC) và chất lượng cao (BT CLC) - High Performance Concrete (HPC) - được nghiên cứu trên Thế giới vào thập kỷ 70 của thế kỷ 20 [15].
Bê tông cường độ cao đã được áp dụng tại Mỹ để xây nhà cao tầng; xây dựng các công trình ngoài biển ở Na Uy; Các công trình cầu được xây dựng từ bê tông chất lượng cao ở Pháp, Nga, Nhật bản đã đạt được thành công nổi bật. Trong giai đoạn từ năm 1960-1998, Chicago đã đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu phát triển bê tông cường độ cao và sản phẩm bê tông cường độ cao [90]. Tại đây, từ năm 1961 bê tông cấp 42 MPa được áp dụng cho dự án nhà chung cư Outer Drive East cao 40 tầng. Năm 197, lần đầu tiên bê tông có cường độ chịu nén 52 MPa đã được áp dụng để xây dựng nhà 52 tầng của một Trung tâm thương mại; 7 năm 1974 bê tông 62 MPa đã được áp dụng cho tháp nước.
Hai lăm năm sau, khi đã hoàn thiện về nghiên cứu, bê tông có cường độ 95 MPa đã được ứng dụng một cách đều đặn cho nhiều dự án lớn ở Chicago. Ở Bắc Mỹ, cuối những năm 1980, bê tông cường độ rất cao đã được chế tạo thành công và tỷ lệ ứng dụng lớn là loại bê tông có cường độ là 130 MPa với mô đun dẻo của bê tông là 50 GPa. Tại Nhật bản, cầu bê tông cốt thép cường độ cao đã được xây dựng cho tuyến đường sắt Nhật bản từ năm 1973 [90]. Mục đích sử dụng bê tông tính năng cao để giảm trọng lượng tĩnh tải, giảm độ võng, rung động và giảm tiếng ồn.
Sau hai mươi năm đi vào sử dụng, những dạng cầu đó đã đáp ứng được tất cả yêu cầu mà tiêu chuẩn đề ra (CEB-FIB, 1994) Ở Việt Nam bê tông cường độ cao đã bước đầu được nghiên cứu vào những năm 2000 [15]. Bê tông cường độ cao và bê tông tính năng cao ngày càng được nhiều nhà Khoa học về bê tông nghiên cứu và ứng dụng. Tại trương đại học Giao Thông Vận tải, GS. TS Phạm Duy Hữu đã có nhiều đề tài, bài báo về bê tông cường độ cao và tính năng cao [11], [12], [15], [14], [13].
Trường đại học Xây dựng cũng đã có những nghiên cứu sâu rộng vê bê tông tính năng cao và siêu cao khoảng từ năm 2000 và những năm sau đó và đã có những công bố đáng chú ý [17], [23], [20]. Trường đại học Thủy lợi cũng đã nghiên cứu nhiều vê bê tông tính năng cao và đặc biệt là bê tông đầm lăn. Các công bố về bê tông này cũng đã công bố trên các tạp chí uy tín. Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng cũng đã công bố nhiều công trình nghiên cứu về bê tông tính năng cao [16].
Năm 2011, Sở Giao thông Thành phố Đà nẵng đã có báo cáo tổng kết về tình hình nghiên cứu và ứng dụng về bê tông cường độ cao [21] trong đó cho thấy loại bê tông có tính năng cao đã bước đầu được ứng dụng trong các công trình ở Việt Nam. Các viện nghiên cứu như: Viện Khoa học và công nghệ GTVT, Viện Khoa học Công nghệ xây dựng đã có những công trình nghiên cứu về bê tông tính năng cao và đang dần tiếp cận với bê tông tính năng siêu cao (Ultra High Performance Concrete - UHPC). Năm 2014, tiêu chuẩn về thiết kế hỗn hợp bê tông cường độ cao [3] được ban hành đánh dấu bước tiến mạnh mẽ cho việc áp dụng bê tông cường độ cao và tính năng cao vào xây dựng các công trình, đặc biệt là các công trình Cầu trong ngành Giao Thông Vận Tải. Lịch sử phát triển của bê tông cốt sợi thép (BTCST) Trên thế giới, từ thời kỳ Ai Cập và Babylon, người ta đã sử dụng những loại sợi hoặc lông động vật để tăng cường cho gạch, tường trát bùn, thạch cao.
Với vữa xi măng pooc lăng, người ta sử dụng sợi amiăng. Những nghiên cứu đầu tiên về sợi thép phân tán là của Romualdi, Batson, Mandel. Nghiên cứu sau đó được thực hiện bởi Shah, Swamy và một vài những nghiên cứu khác ở Mỹ, Anh, Nga.Vào những năm 1960, BTCST đã bắt đầu được sử dụng vào kết cấu mặt đường. Từ năm 1971 - 1977, Nawy và cộng sự đã nghiên cứu về sự làm việc lâu dài của những bó có nhiều thanh nhỏ, lưới thuỷ tinh và những thanh bị biến dạng như là thanh tăng cường chính trong kết cấu.
Từ đó cho đến nay, quá trình sử dụng sợi tăng cường vào bê tông được nghiên cứu rất nhiều nhằm mục đích cải thiện một số tính năng cơ học của bê tông. Tuy nhiên, nó không thay thế cho những thanh thép tăng cường chính trong kết cấu bê tông cốt thép [22]. Khoa học của bê tông cốt sợi đã được phát triển từ đó cho tới nay. Trong những năm 1989 - 1999, các tiêu chuẩn của ACI 544 [28], [32], [33], [31], [37] về bê tông cốt sợi ra đời, gồm có 4 tập: tập 1R tổng quan, tập 2R các tính chất, tập 3R giới thiệu về công nghệ, tập 4R-99 hướng dẫn thiết kế bê tông được tăng cường cốt sợi thép (BTCST).
Đến nay đã có tập 9R- dự báo dựa trên đo tính chất cơ học của bê tông cốt sợi cứng. Tiêu chuẩn ASTM C1018-97 [40] hướng dẫn về thí nghiệm xác định độ dai của BTCST. Các tổng kết về quá trình phát triển của bê tông cốt sợi thép cũng đã được chỉ rõ trong như sau: Năm 1994, HSu LS và HSu CCT đã phân tích trạng thái ứng suất biến dạng của BTCST. Năm 1996, Nawy công bố nghiên cứu về tăng cường bê tông bằng cốt sợi.
Năm 1978, Wyliam và Sharama công bố về khả năng chịu cắt của bê tông cốt sợi. Năm 1992, Naaman đã thông báo về bê tông cốt sợi chất lượng cao. Richard, năm 1992 công bố về bê tông có độ bền cao sử dụng cốt sợi thép. Torrenti đã có những công bố về bê tông chất lượng cao và BTCST của Bernhard R.
Maidl Steel Fibere RC. Năm 1995, nước Đức, giới thiệu kiến thức căn bản về bê tông cốt sợi và các phương pháp phân tích trên quan hệ tải trọng và độ võng 9 Vấn đề độ dai của bê tông được gia cường cốt sợi đã được quan tâm nghiên cứu từ năm 2000 như của Yu Cheng Kan - Taiwan và Piti Sukontasukkul - Bangkok, các tác giả so sánh thuộc tính này giữa tiêu chuẩn ASTM C1018 và tiêu chuẩn Nhật Bản JSCE SF-4.Al-Ghamdy Đại học Michigan (Mỹ) đã công bố những nghiên cứu về quan hệ giữa độ dai với thành phần vật liệu có hàm lượng cốt sợi vf từ 0.5% Năm 1994 tác giả Jean Francois ở Trường Đại học Nova Scotia - Canada nghiên cứu và mô tả tính dai của vật liệu BTCST trên mẫu 100x100x350mm với cường độ bê tông từ 40 MPa đến 85 Mpa (mẫu 150x150x150mm) xác định trị số về mô đun đàn hồi và mô đun cắt ở vùng độ võng từ 0-0.4mm tính toán năng lượng đàn hồi và năng lượng tổng thể. Năm 2007, Job Thomas ở Ấn Độ có trình bày nghiên cứu về tính chất cơ học của BTCST có cường độ trên mẫu hình lập phương từ 35-65 MPa với hàm lượng cốt sợi thép từ 0.5% và xem xét tính chất của bê tông cốt sợi tương quan với hệ số Lf/Df ứng dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm để lập ra các công thức đơn giản để dự báo mô đun đàn hồi và các tính chất khác. Các nghiên cứu về động lực học của BTCST được các tác giả K.
Barr (Anh) công bố. Krauthamer (Viện Hàn lâm Khoa học Hoa Kỳ) công bố vào năm 2006. Đại học Munchen Đức đã công bố về các nghiên cứu thí nghiệm va chạm vào tấm bê tông với tốc độ rất cao. Trường Cầu Đường Paris đã trình bày đầy đủ các cơ sở để nghiên cứu BTCST trong cuốn sách Les Bestons de fibres metalliques tác giả Rossi - Casanova - 1998.