Nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi FRP trong xây dựng cầu tại Campuchia

• Tác giả: Cheng Por Eng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Viết Trung
• Trường học: Trường Đại học Giao thông Vận tải
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng công trình đặc biệt
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Xử Uốn Của Dầm Bê Tông Cường Độ Cao Cốt Polyme Gia Cường Sợi (FRP) Để Xây Dựng Cầu Ở Campuchia
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÂY DỰNG CẦU Ở CAMPUCHIA VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT POLYME GIA CƯỜNG SỢI (FRP)
• 1.1. Tổng quan về xây dựng cầu ở Campuchia
• 1.2. Điều kiện tự nhiên của Campuchia
• 1.3. Mạng lưới giao thông vận tải của Campuchia
• 1.4. Tình hình sử dụng bê tông cường độ cao trong xây dựng cầu ở Campuchia
• 1.5. Bảo dưỡng sửa chữa và tình trạng hư hỏng của mạng lưới giao thông ở Campuchia
• 1.6. Tổng quan về bê tông cường độ cao (BTCĐC)
• 1.6.1. Giới thiệu về bê tông cường độ cao
• 1.6.2. Ứng dụng và phân loại bê tông cường độ cao
• 1.7. Tổng quan về cốt polyme gia cường sợi (FRP)
• 1.7.1. Giới thiệu vật liệu FRP
• 1.7.2. Lịch sử phát triển và tình hình áp dụng cốt FRP
• 1.7.3. Các Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu bê tông cốt FRP
• 1.7.4. Đặc điểm tính chất và cách sản suất của vật liệu FRP
• 1.7.4.1. Cách sản xuất của vật liệu FRP
• 1.7.4.2. Đặc điểm tính chất của vật liệu FRP
• 1.7.4.3. Ứng xử phụ thuộc vào thời gian
• 1.7.5. Dính bám của cốt FRP với bê tông
• 1.8. Các nghiên cứu ứng xử uốn của dầm bê tông cốt FRP
• 1.8.1. Các nghiên cứu trên thế giới
• 1.8.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam
• 1.9. Xác định vấn đề nghiên cứu của luận án
• 1.10. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT POLYME GIA CƯỜNG SỢI (FRP)
• 2.1. Thiết kế kết cấu bê tông cốt FRP chịu uốn theo TTGH cường độ
• 2.1.1. Các giả thiết cơ bản khi thiết kế
• 2.1.2. Mô hình vật liệu của bê tông cường độ cao và cốt FRP
• 2.1.3. Hệ số sức kháng ϕ
• 2.1.4. Dạng phá hoại của cấu kiện chịu uốn
• 2.1.5. Mô men uốn danh định
• 2.2. Thiết kế kết cấu bê tông cốt FRP chịu cắt theo TTGH cường độ
• 2.2.1. Cường độ chống cắt danh định của bê tông Vc
• 2.2.2. Sức kháng cắt do cốt FRP, Vf
• 2.3. Thiết kế kết cấu bê tông cốt FRP theo TTGH sử dụng
• 2.3.1. Kiểm soát vết nứt
• 2.3.2. Kiểm soát độ võng
• 2.4. Thiết kế kết cấu theo TTGH mỏi
• 2.5. Trình tự kiểm toán các loại mặt cắt dầm bê tông cốt FRP và cốt thép
• 2.5.1. Trình tự kiểm toán mặt cắt bê tông chỉ sử dụng cốt FRP chịu kéo
• 2.5.2. Kiểm toán mặt cắt bê tông sử dụng cốt FRP kết hợp với cốt thép ở vùng chịu kéo
• 2.5.3. Kiểm toán mặt cắt bê tông sử dụng cốt FRP ở vùng chịu kéo và cốt thép ở vùng chịu nén
• 2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM UỐN DẦM BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT POLYME GIA CƯỜNG SỢI THỦY TINH (GFRP)
• 3.1. Công tác chuẩn bị mẫu thí nghiệm
• 3.2. Chuẩn bị ván khuôn và buộc cốt GFRP
• 3.3. Chi tiết dầm thí nghiệm
• 3.4. Tiêu chuẩn thí nghiệm
• 3.5. Tiến hành lắp đặt thiết bị đo biến dạng vào cốt chịu kéo GFRP
• 3.6. Công tác đổ và bảo dưỡng bê tông dầm
• 3.7. Phương pháp tiến hành thí nghiệm
• 3.8. Phân tích kết quả thí nghiệm
• 3.8.1. Các hình dạng vết nứt của dầm thí nghiệm
• 3.8.2. Các dạng phá hoại của dầm thí nghiệm
• 3.8.3. Đánh giá kết quả thí nghiệm
• 3.8.4. So sánh kết quả thí nghiệm với kết quả tính toán
• 3.8.5. Đánh giá độ mở rộng vết nứt và độ võng
• 3.9. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ KẾT CẤU BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO CỐT POLYME GIA CƯỜNG SỢI (FRP)
• 4.1. Các căn cứ thiết kế
• 4.2. Các Tiêu chuẩn thiết kế
• 4.3. Kết cấu cầu
• 4.4. Các số liệu và đặc tính dầm tính toán
• 4.5. Số liệu và cấu tạo bản mặt cầu
• 4.6. Thiết kế thử nghiệm dầm cầu
• 4.6.1. So sánh hiệu quả của dầm theo các loại cốt
• 4.6.2. Xác định tỷ lệ h/L tối thiểu của dầm theo các loại cốt
• 4.6.3. Chọn tỷ lệ (h/L) để tìm ra hàm lượng cốt FRP
• 4.7. Thiết kế thử nghiệm bản mặt cầu của dầm chữ T
• 4.7.1. Kết quả tính toán nội lực bản mặt cầu
• 4.7.2. So sánh bản mặt cầu sử dụng cốt thép, cốt GFRP và cốt CFRP
• 4.8. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về xây dựng cầu ở Campuchia và ứng dụng bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi FRP

Campuchia là quốc gia đang phát triển với cơ sở hạ tầng giao thông còn nhiều hạn chế. Nhu cầu xây dựng và hiện đại hóa các công trình cầu đang trở nên cấp bách. Bê tông cường độ cao (BTCĐC) kết hợp với cốt polyme gia cường sợi FRP được xem là giải pháp hiệu quả để tăng độ bền và chống ăn mòn cho các công trình cầu. FRP có ưu điểm vượt trội như cường độ chịu kéo cao, không bị ăn mòn, và nhẹ hơn cốt thép thông thường. Việc sử dụng BTCĐC và FRP trong xây dựng cầu tại Campuchia không chỉ nâng cao tuổi thọ công trình mà còn giảm chi phí bảo trì.

1.1. Tình hình sử dụng bê tông cường độ cao trong xây dựng cầu

Bê tông cường độ cao (BTCĐC) đã được áp dụng rộng rãi trong xây dựng cầu tại Campuchia nhờ khả năng chịu lực tốt và độ bền cao. Tuy nhiên, việc sử dụng BTCĐC cần kết hợp với các vật liệu gia cường như FRP để tối ưu hóa hiệu quả kết cấu. Các nghiên cứu cho thấy, BTCĐC kết hợp với FRP giúp tăng khả năng chống nứt và chịu tải trọng lớn, đặc biệt trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt.

1.2. Ứng dụng cốt polyme gia cường sợi FRP trong xây dựng cầu

Cốt polyme gia cường sợi FRP đã được sử dụng rộng rãi trong xây dựng cầu tại các nước phát triển như Mỹ, Nhật Bản, và Châu Âu. Tại Campuchia, việc áp dụng FRP trong các công trình cầu đang được nghiên cứu và phát triển. FRP không chỉ giúp chống ăn mòn mà còn giảm trọng lượng kết cấu, tăng tuổi thọ công trình. Các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu sử dụng FRP đã được ban hành, tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng vật liệu này.

II. Lý thuyết về phương pháp thiết kế kết cấu bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi FRP

Thiết kế kết cấu sử dụng bê tông cường độ cao (BTCĐC) và cốt polyme gia cường sợi FRP đòi hỏi các phương pháp tính toán chuyên biệt. Các giả thiết cơ bản bao gồm mô hình vật liệu, hệ số sức kháng, và dạng phá hoại của cấu kiện. BTCĐC và FRP có đặc tính cơ học khác biệt so với bê tông và cốt thép thông thường, đòi hỏi các tiêu chuẩn thiết kế riêng. Các nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết đã chứng minh hiệu quả của việc kết hợp BTCĐC và FRP trong các công trình cầu.

2.1. Thiết kế kết cấu chịu uốn và cắt

Thiết kế kết cấu chịu uốn và cắt sử dụng BTCĐC và FRP dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế như ACI và AASHTO. Các yếu tố như mô men uốn danh định, sức kháng cắt, và kiểm soát vết nứt được tính toán kỹ lưỡng. FRP có cường độ chịu kéo cao, giúp tăng khả năng chịu tải trọng của cấu kiện. Tuy nhiên, việc thiết kế cần đảm bảo sự tương thích giữa BTCĐC và FRP để tránh hiện tượng phá hoại đột ngột.

2.2. Kiểm soát vết nứt và độ võng

Kiểm soát vết nứt và độ võng là yếu tố quan trọng trong thiết kế kết cấu sử dụng BTCĐC và FRP. FRP có độ cứng thấp hơn cốt thép, dẫn đến độ võng lớn hơn. Do đó, các phương pháp tính toán độ võng và kiểm soát vết nứt cần được áp dụng để đảm bảo an toàn và hiệu quả của công trình. Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng, việc sử dụng FRP kết hợp với BTCĐC giúp giảm thiểu vết nứt và tăng tuổi thọ công trình.

III. Thí nghiệm uốn dầm bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi FRP

Các thí nghiệm uốn dầm sử dụng bê tông cường độ cao (BTCĐC) và cốt polyme gia cường sợi FRP được tiến hành để đánh giá hiệu quả của vật liệu này trong điều kiện thực tế. Các mẫu thí nghiệm được chuẩn bị kỹ lưỡng, bao gồm việc đổ bê tông, bảo dưỡng, và lắp đặt thiết bị đo. Kết quả thí nghiệm cho thấy, BTCĐC kết hợp với FRP có khả năng chịu tải trọng lớn và độ bền cao, phù hợp với các công trình cầu tại Campuchia.

3.1. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm và phương pháp tiến hành

Các mẫu thí nghiệm được chuẩn bị theo tiêu chuẩn quốc tế, bao gồm việc đổ bê tông, bảo dưỡng, và lắp đặt thiết bị đo. BTCĐC được sử dụng với cường độ chịu nén cao, kết hợp với FRP để tăng khả năng chịu lực. Các phương pháp thí nghiệm được tiến hành theo quy trình chuẩn, đảm bảo độ chính xác và tin cậy của kết quả.

3.2. Phân tích kết quả thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm cho thấy, BTCĐC kết hợp với FRP có khả năng chịu tải trọng lớn và độ bền cao. Các dạng phá hoại của dầm thí nghiệm được ghi nhận và phân tích kỹ lưỡng. So sánh với kết quả tính toán, các mẫu thí nghiệm đạt được hiệu quả cao trong việc chịu tải trọng và kiểm soát vết nứt. Điều này khẳng định tiềm năng ứng dụng của BTCĐC và FRP trong xây dựng cầu tại Campuchia.

IV. Thiết kế kết cấu bê tông cường độ cao cốt polyme gia cường sợi FRP cho cầu tại Campuchia

Thiết kế kết cấu sử dụng bê tông cường độ cao (BTCĐC) và cốt polyme gia cường sợi FRP cho các công trình cầu tại Campuchia đòi hỏi sự kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Các tiêu chuẩn thiết kế được áp dụng để đảm bảo an toàn và hiệu quả của công trình. BTCĐC và FRP giúp tăng khả năng chịu tải trọng, chống ăn mòn, và kéo dài tuổi thọ công trình. Các nghiên cứu và thí nghiệm đã chứng minh tính khả thi của việc ứng dụng vật liệu này trong xây dựng cầu tại Campuchia.

4.1. Các căn cứ thiết kế và tiêu chuẩn áp dụng

Thiết kế kết cấu sử dụng BTCĐC và FRP dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế như ACI và AASHTO. Các yếu tố như tải trọng, điều kiện môi trường, và đặc tính vật liệu được tính toán kỹ lưỡng. BTCĐC và FRP giúp tăng khả năng chịu tải trọng và chống ăn mòn, phù hợp với điều kiện khí hậu tại Campuchia.

4.2. So sánh hiệu quả của các loại cốt

So sánh hiệu quả của các loại cốt như FRP, cốt thép, và cốt hybrid cho thấy, FRP có ưu điểm vượt trội trong việc chống ăn mòn và tăng tuổi thọ công trình. Các kết quả tính toán và thí nghiệm đã chứng minh tính khả thi của việc sử dụng FRP trong xây dựng cầu tại Campuchia. Điều này mở ra hướng phát triển mới cho ngành xây dựng cầu tại quốc gia này.