Nghiên cứu ứng xử uốn dầm cầu dự ứng lực với bê tông UHPC tại Việt Nam

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. MỞ ĐẦU

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

2. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG VẬT LIỆU BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG SIÊU CAO CHO KẾT CẤU NHỊP CẦU

2.1. Tổng quan về vật liệu UHPC

2.1.1. Khái niệm vật liệu UHPC

2.1.2. Các nguyên tắc chế tạo và ưu, nhược điểm của UHPC

2.1.3. Sự hình thành và phát triển của vật liệu UHPC

2.1.4. Thành phần vật liệu chế tạo UHPC

2.2. Tổng quan nghiên cứu về vật liệu UHPC trên thế giới

2.3. Tổng quan nghiên cứu về vật liệu UHPC ở Việt Nam

2.4. Tổng quan về ứng dụng vật liệu UHPC trong xây dựng công trình cầu trên thế giới và ở Việt Nam

2.4.1. Ứng dụng vật liệu UHPC trong xây dựng cầu trên thế giới

2.4.2. Tổng quan về ứng dụng vật liệu UHPC cho công trình cầu tại Việt Nam

2.5. Tổng quan nghiên cứu phương pháp xác định sức kháng uốn dầm UHPC

2.5.1. Tổng quan nghiên cứu các dạng đường quan hệ ứng suất – biến dạng áp dụng cho thiết kế uốn dầm UHPC

2.5.2. Hiệp hội kỹ sư dân dụng Nhật Bản (JSCE)

2.5.3. Hướng dẫn thiết kế K-UHPC của Hàn Quốc

2.5.4. Hiệp hội đường bộ Hoa Kỳ (FHWA)

2.5.5. Chỉ dẫn thiết kế dầm UHPC DƯL của Ductal

2.5.6. Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu UHPC của Hiệp hội xây dựng Pháp

2.5.7. Nghiên cứu phương pháp phân tích ứng xử dầm UHPC bằng mô hình số

2.5.8. Nhận xét rút ra từ nghiên cứu tổng quan và đề xuất nghiên cứu

3. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1. Nghiên cứu thực nghiệm

3.2. Cơ sở khoa học và phương pháp xây dựng đường quan hệ ứng suất – biến dạng vật liệu UHPC tại Việt Nam

3.2.1. Đường quan hệ ứng suất - biến dạng nén

3.2.2. Đường quan hệ ứng suất - biến dạng kéo

3.3. Cơ sở khoa học và phương pháp xây dựng công thức tính toán sức kháng uốn dầm cầu UHPC DƯL

3.3.1. Các giả thiết tính toán

3.3.2. Phương pháp xây dựng biểu đồ ứng suất khối chữ nhật tương đương trên tiết diện ngang và lập công thức xác định sức kháng uốn

3.3.3. Phương pháp mô hình số PTHH mô phỏng sự làm việc của dầm cầu UHPC DƯL

3.4. Mô hình hóa vật liệu UHPC

3.4.1. Mô hình hóa vật liệu cốt thép dự ứng lực

3.4.2. Phần tử sử dụng để mô hình hóa kết cấu UHPC

3.4.3. Phần tử sử dụng để mô hình hóa cốt thép dự ứng lực

3.4.4. Phần tử sử dụng để mô hình hóa liên kết giữa cốt thép dự ứng lực và UHPC

3.4.5. Mô hình hóa lực dự ứng lực

3.4.6. Thu thập kết quả từ mô hình số

3.4.7. Nhận xét Chương 2

4. XÂY DỰNG ĐƯỜNG QUAN HỆ ỨNG SUẤT – BIẾN DẠNG VÀ ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC TÍNH TOÁN SỨC KHÁNG UỐN DẦM CẦU UHPC DƯL

4.1. Xử lý số liệu thí nghiệm uốn để xây dựng đường quan hệ ứng suất – biến dạng

4.2. Xây dựng đường quan hệ ứng suất – biến dạng UHPC phục vụ thiết kế

4.2.1. Quan hệ ứng suất – biến dạng nén UHPC

4.2.2. Quan hệ ứng suất – biến dạng kéo UHPC

4.3. Xác định sức kháng uốn dầm UHPC DƯL bằng phương pháp phân tích mặt cắt

4.3.1. Sức kháng uốn dầm UHPC DƯL tiết diện chữ I

4.3.2. Sức kháng uốn dầm UHPC DƯL tiết diện chữ T

4.3.3. Xây dựng công thức xác định vị trí trục trung hoà và sức kháng uốn danh định của dầm UHPC DƯL

4.3.4. Nhận xét Chương 3

5. MÔ HÌNH SỐ KẾT CẤU UHPC BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN

5.1. Kết quả mô hình số mẫu hình trụ thí nghiệm nén vật liệu UHPC

5.2. Kết quả mô hình số mẫu dầm thí nghiệm uốn vật liệu UHPC

5.3. Mô hình mẫu dầm UHPC DƯL tiết diện chữ I

5.4. Mô hình kết cấu dầm I – UHPC DƯL

5.5. Kết quả dầm sau khi cắt cáp dự ứng lực

5.6. Kết quả dầm khi gia tải thí nghiệm

5.7. Mô hình mẫu dầm UHPC DƯL tiết diện chữ T

5.8. Kết quả dầm sau khi cắt cáp dự ứng lực

5.9. Kết quả dầm khi gia tải thí nghiệm

5.10. Nhận xét Chương 4

6. ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG THIẾT KẾ UỐN DẦM CẦU BẰNG VẬT LIỆU UHPC DƯL

6.1. Chọn kết cấu cầu phục vụ nghiên cứu

6.2. Kết quả tính toán sức kháng uốn dầm bằng công thức đề xuất

6.3. Kết quả phân tích khả năng chịu uốn dầm bằng mô hình số đề xuất

6.3.1. Kết quả mô hình hóa dầm I42

6.3.2. Kết quả mô hình số DƯL dầm I42

6.3.3. Kết quả phân tích độ võng và khả năng chịu uốn của dầm I42

6.3.4. Kết quả phân tích biến dạng và vị trí trục trung hòa tại giữa nhịp dầm I42

6.4. Đánh giá kết quả từ công thức và mô hình số dầm UHPC DƯL I42

6.5. Nhận xét Chương 5

7. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về vật liệu UHPC

Bê tông chất lượng siêu cao (UHPC) là một loại vật liệu mới, được phát triển từ những năm 90 của thế kỷ XX. Thành phần chính của UHPC bao gồm xi măng Poóc lăng, cát nghiền mịn, bột quắc, silica fume, phụ gia siêu dẻo và sợi thép. UHPC có cường độ chịu nén vượt trội, thường lớn hơn 120 MPa, và cường độ chịu kéo khi uốn có thể đạt đến 50 MPa. Đặc tính nổi bật của UHPC là độ đặc chắc và tính dẻo dai cao, giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn và kéo dài tuổi thọ công trình. Việc ứng dụng UHPC trong xây dựng cầu đã được thực hiện ở nhiều quốc gia, cho thấy tiềm năng lớn của loại vật liệu này trong việc nâng cao khả năng chịu lực và độ bền của kết cấu cầu. Tuy nhiên, tại Việt Nam, nghiên cứu về UHPC vẫn còn hạn chế, chủ yếu tập trung vào thành phần cốt liệu và ứng dụng cho các công trình quy mô nhỏ.

1.1. Khái niệm và thành phần vật liệu UHPC

Khái niệm về UHPC được định nghĩa là loại bê tông có cường độ và độ bền vượt trội so với bê tông thông thường. Thành phần chính của UHPC bao gồm xi măng Poóc lăng, cát nghiền mịn, bột quắc, silica fume, và phụ gia siêu dẻo. Sự kết hợp này tạo ra một loại vật liệu có khả năng chịu lực cao, độ bền tốt và khả năng chống ăn mòn. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng các vật liệu địa phương trong chế tạo UHPC có thể giúp giảm chi phí và tăng tính khả thi trong ứng dụng thực tế tại Việt Nam.

II. Nghiên cứu ứng xử uốn dầm cầu dự ứng lực

Nghiên cứu ứng xử uốn của dầm cầu dự ứng lực sử dụng UHPC là một lĩnh vực quan trọng trong thiết kế cầu. Các nghiên cứu hiện tại cho thấy rằng cường độ chịu kéo của UHPC không thể bỏ qua trong tính toán uốn, điều này khác biệt so với bê tông thông thường. Việc lý tưởng hóa đường quan hệ ứng suất – biến dạng khi kéo và nén là cần thiết để phục vụ cho thiết kế kết cấu. Các tiêu chuẩn thiết kế hiện tại đã đề xuất nhiều phương pháp khác nhau, tuy nhiên, việc áp dụng các phương pháp này vào thực tế vẫn còn nhiều thách thức. Đặc biệt, việc thiếu các tiêu chuẩn thiết kế cụ thể cho UHPC tại Việt Nam đã gây cản trở cho việc ứng dụng rộng rãi loại vật liệu này trong xây dựng cầu.

2.1. Phân tích ứng xử uốn dầm UHPC

Phân tích ứng xử uốn của dầm UHPC cần phải xem xét đến các yếu tố như cường độ chịu kéo, biến dạng và ứng suất. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng mối quan hệ ứng suất – biến dạng cho UHPC trong kéo có ảnh hưởng lớn đến mô men kháng uốn. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc mô tả đặc trưng kéo của UHPC thông qua các phương pháp thí nghiệm phù hợp. Việc xây dựng đường quan hệ ứng suất – biến dạng đơn giản hóa dựa trên kết quả thí nghiệm là cần thiết để đảm bảo tính chính xác trong thiết kế.

III. Ứng dụng UHPC trong thiết kế cầu tại Việt Nam

Việc ứng dụng UHPC trong thiết kế cầu tại Việt Nam đang mở ra nhiều cơ hội mới cho phát triển cơ sở hạ tầng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng UHPC có thể cải thiện khả năng chịu lực và độ bền của cầu, đặc biệt trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Tuy nhiên, việc thiếu các tiêu chuẩn thiết kế và hướng dẫn cụ thể đã gây khó khăn trong việc áp dụng UHPC cho các công trình cầu quy mô lớn. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư cần hợp tác để phát triển các tiêu chuẩn thiết kế phù hợp, nhằm thúc đẩy việc sử dụng UHPC trong xây dựng cầu tại Việt Nam.

3.1. Thách thức và cơ hội trong ứng dụng UHPC

Mặc dù UHPC mang lại nhiều lợi ích trong thiết kế cầu, nhưng việc áp dụng loại vật liệu này vẫn gặp nhiều thách thức. Thiếu hụt tiêu chuẩn thiết kế và kinh nghiệm thực tiễn là những rào cản lớn. Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ và nghiên cứu, có thể kỳ vọng rằng UHPC sẽ được ứng dụng rộng rãi hơn trong tương lai. Các dự án nghiên cứu và thử nghiệm cần được thực hiện để chứng minh tính khả thi và hiệu quả của UHPC trong các công trình cầu tại Việt Nam.

Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu ứng xử uốn dầm cầu dự ứng lực bằng bê tông UHPC trong điều kiện Việt Nam