Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu sức kháng va chạm tốc độ thấp của bê tông tính năng siêu cao

NGHIÊN CỨU SỨC KHÁNG VA CHẠM TỐC ĐỘ THẤP CỦA BÊ TÔNG TÍNH NĂNG SIÊU CAO

Tác giả: Nguyễn Long

Lĩnh vực: Kỹ thuật xây dựng công trình đặc biệt

Nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung nghiên cứu về bê tông tính năng siêu cao (BTTNSC), một loại vật liệu xây dựng tiên tiến với nhiều đặc tính ưu việt so với bê tông truyền thống và bê tông cường độ cao. BTTNSC nổi bật với cường độ chịu nén vượt trội (trên 120MPa), khả năng chịu kéo uốn cao (trên 15MPa), sức kháng va chạm đáng kể, và độ bền cao. Luận án đi sâu vào việc đánh giá khả năng chịu va chạm tốc độ thấp của vật liệu và kết cấu BTTNSC, một khía cạnh còn hạn chế trong các nghiên cứu trước đây, vốn chủ yếu tập trung vào va chạm do đạn bắn hoặc nổ. Nghiên cứu này đặt mục tiêu xác định phương pháp thử nghiệm, chế tạo thiết bị, thực hiện thử nghiệm sức kháng va chạm tốc độ thấp, và đánh giá khả năng chịu va chạm của các cấu kiện bản bằng BTTNSC. Bên cạnh đó, luận án còn đề cập đến việc thiết kế thành phần BTTNSC và kiểm tra các tính năng kỹ thuật cơ bản như cường độ chịu nén, chịu kéo, mô đun đàn hồi. Đối tượng nghiên cứu bao gồm vật liệu BTTNSC với cường độ trung bình 120MPa và 130MPa, cùng các cấu kiện bản hình vuông. Phạm vi va chạm được giới hạn ở tốc độ thấp (dưới 11 m/s) theo phương pháp tải trọng rơi. Các thử nghiệm được thực hiện với BTTNSC chứa hàm lượng cốt sợi từ 2,0% đến 2,5%, sử dụng các thiết bị thử nghiệm tự chế tạo tại Việt Nam. Kết quả nghiên cứu kỳ vọng sẽ bổ sung kiến thức thực nghiệm về khả năng kháng va chạm tốc độ thấp của BTTNSC và kết cấu liên quan, đồng thời cung cấp dữ liệu hữu ích cho việc thiết kế các công trình dân dụng và giao thông có khả năng chịu tải trọng va chạm tốc độ thấp.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU
• CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU VÀ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI TRỌNG VA CHẠM CỦA BÊ TÔNG TÍNH NĂNG SIÊU CAO
• 1.1. Giới thiệu về Bê tông tính năng siêu cao
• 1.1.1. Giới thiệu chung
• 1.1.2. Khái quát về tình hình nghiên cứu BTTNSC
• 1.1.2.1. Các nghiên cứu cơ bản về BTTNSC trên thế giới
• 1.1.2.2. Các nghiên cứu cơ bản về BTTNSC ở Việt Nam
• 1.2. Thành phần, tính chất và các ứng dụng của BTTNSC
• 1.2.1. Nguyên tắc chế tạo BTTNSC
• 1.2.2. Vật liệu chế tạo BTTNSC
• 1.2.2.1. Xi măng
• 1.2.2.2. Nước
• 1.2.2.3. Phụ gia khoáng hoạt tính
• 1.2.2.4. Chất bột trơ
• 1.2.2.5. Cốt liệu
• 1.2.2.6. Phụ gia siêu dẻo
• 1.2.2.7. Cốt sợi
• 1.2.3. Một số công thức thành phần của BTTNSC
• 1.2.4. Một số đặc tính kỹ thuật của BTTNSC
• 1.2.4.1. Độ chảy của vữa BTTNSC
• 1.2.4.2. Cường độ chịu nén
• 1.2.4.3. Cường độ chịu kéo dọc trục
• 1.2.4.4. Cường độ chịu ép chẻ
• 1.2.4.5. Cường độ chịu kéo khi uốn
• 1.2.4.6. Mô đun đàn hồi và hệ số Poát-xông (Poisson)
• 1.2.5. Ứng dụng BTTNSC trong các kết cấu chịu tác động va chạm
• 1.2.5.1. Ứng dụng trong công trình cầu đặc biệt
• 1.2.5.2. Ứng dụng trong xây dựng dân dụng đặc biệt
• 1.2.5.3. Các ứng dụng khác
• 1.3. Các nghiên cứu về sức kháng va chạm của vật liệu bê tông và BTTNSC trên thế giới và tại Việt Nam
• 1.3.1. Các nghiên cứu về sức kháng va chạm của vật liệu BTTNSC
• 1.3.2. Sức kháng va chạm của kết cấu bằng BTTNSC dưới tác dụng của tải trọng va chạm tốc độ thấp
• 1.3.3. Các nghiên cứu về sức kháng va chạm của BTTNSC tại Việt Nam
• 1.4. Kết luận Chương 1
• CHƯƠNG 2 – LÝ THUYẾT VỀ SỨC KHÁNG VA CHẠM CỦA VẬT LIỆU VÀ KẾT CẤU BÊ TÔNG TÍNH NĂNG CAO VÀ SIÊU CAO
• 2.1. Cơ sở của lý thuyết va chạm giữa các vật thể rắn đàn hồi
• 2.1.1. Khái quát chung về sức kháng va chạm.
• 2.1.2. Cơ sở lý thuyết của bài toán va chạm giữa các vật thể rắn đàn hồi.
• 2.2. Các phương pháp nghiên cứu tác động của tải trọng va chạm dựa trên thực nghiệm
• 2.2.1. Thiết bị và phương pháp thí nghiệm
• 2.2.1.1. Thí nghiệm tải trọng rơi (Drop-weight test)
• 2.2.1.2. Thí nghiệm va chạm kiểu con lắc Charpy
• 2.2.1.3. Thí nghiệm Hopkinson (Split Hopkinson Bar – SHB hay SHPB)
• 2.2.1.4. Thí nghiệm tốc độ biến dạng nhanh (thiết bị thủy lực)
• 2.2.1.5. Thí nghiệm va chạm có thiết bị đo tự động (Instrumented impact test)
• 2.2.2. Phạm vi áp dụng của các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.
• 2.3. Sức kháng va chạm của vật liệu bê tông xi măng dưới tác dụng của tải trọng va chạm tốc độ thấp
• 2.3.1. Cơ chế phá hủy của bê tông xi măng dưới tác dụng của tải trọng va chạm
• 2.3.2. Sức kháng va chạm tải trọng rơi tốc độ thấp của các loại vật liệu bê tông xi măng bằng phương pháp thực nghiệm
• 2.4. Các tiêu chí đánh giá sức kháng va chạm của vật liệu và kết cấu BTTNSC
• 2.4.1. Đánh giá sức kháng va chạm dựa trên số lần va chạm và độ dai va chạm
• 2.4.1.1. Đánh giá thông qua số lần chịu va đập theo Tiêu chuẩn ACI 544.2R-89 và các đề xuất cải tiến
• 2.4.1.2. Đánh giá thông qua năng lượng va chạm
• 2.4.1.3. Đánh giá thông qua hệ số tăng động (DIF)
• 2.4.1.4. Đánh giá thông qua khả năng hấp thụ năng lượng va chạm một lần
• 2.4.2. Đánh giá sức kháng va chạm của kết cấu
• 2.5. Kết luận Chương 2
• CHƯƠNG 3 – NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ SỨC KHÁNG VA CHẠM CỦA VẬT LIỆU BTTNSC CỐT SỢI THÉP
• 3.1. Mở đầu
• 3.2. Vật liệu thí nghiệm
• 3.2.1. Xi măng
• 3.2.2. Phụ gia khoáng hoạt tính
• 3.2.3. Bột quartz
• 3.2.4. Cốt liệu
• 3.2.5. Phụ gia siêu dẻo
• 3.2.6. Cốt sợi thép
• 3.3. Thành phần vật liệu
• 3.3.1. Mô hình độ đặc tối ưu (Compressible Packing Model – CPM)
• 3.3.2. Thiết kế thành phần BTTNSC
• 3.3.2.1. Thành phần mẫu thử cho BTTNSC nhóm 1 có hàm lượng cốt sợi thép bằng 0%; 1,0% và 1,5%.
• 3.3.2.2. Thành phần mẫu thử cho BTTNSC nhóm 2 có hàm lượng cốt sợi thép bằng 2% và 2,5%
• 3.4. Chế tạo mẫu thử
• 3.4.1. Nhào trộn BTTNSC
• 3.4.2. Số lượng mẫu thử cho BTTNSC nhóm 1
• 3.4.3. Số lượng mẫu thử cho BTTNSC nhóm 2
• 3.5. Kết quả thí nghiệm tính năng của BTTNSC
• 3.5.1. Cường độ chịu nén
• 3.5.2. Cường độ chịu kéo uốn
• 3.5.3. Cường độ chịu ép chẻ
• 3.5.4. Mô đun đàn hồi
• 3.5.5. Các nhận xét chung về kết quả thí nghiệm tính năng của BTTNSC
• 3.6. Xác định phương pháp thí nghiệm và chế tạo thiết bị thí nghiệm va chạm tốc độ thấp
• 3.6.1. Phân tích phương pháp thí nghiệm
• 3.6.1.1. Về mức năng lượng va chạm trong thí nghiệm
• 3.6.1.2. Về hình dạng, kích thước và phương pháp chế tạo mẫu thử
• 3.6.2. Chế tạo thiết bị thí nghiệm
• 3.7. Thực nghiệm sức kháng va chạm của BTTNSC
• 3.7.1. Kết quả thí nghiệm sức kháng va chạm của nhóm mẫu 1 (hàm lượng cốt sợi thép bằng 0,0%; 1,0% và 1,5%)
• 3.7.2. Kết quả thí nghiệm sức kháng va chạm của nhóm mẫu 2 (hàm lượng cốt sợi thép bằng 2,0% và 2,5%)
• 3.7.3. Phân tích kết quả thử nghiệm sức kháng va chạm
• 3.7.4. Xác định tương quan giữa năng lượng va chạm với cường độ bê tông và hàm lượng cốt sợi
• 3.8. Kết luận Chương 3
• CHƯƠNG 4 – NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ CỦA KẾT CẤU BẢN BẰNG BÊ TÔNG TÍNH NĂNG SIÊU CAO CỐT SỢI THÉP CHỊU TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG VA CHẠM TỐC ĐỘ THẤP
• 4.1. Mở đầu
• 4.2. Lựa chọn, thiết kế thử nghiệm
• 4.2.1. Kích thước mẫu thử và trọng lượng, chiều cao quả nặng
• 4.2.2. Phương thức va chạm
• 4.3. Vật liệu và chế tạo mẫu thử
• 4.4. Chế tạo thiết bị và điều kiện thử nghiệm
• 4.4.1. Thiết bị thử nghiệm
• 4.4.2. Bố trí thiết bị đo lường các thông số kỹ thuật
• 4.4.2.1. Thiết bị xác định lực va chạm
• 4.4.2.2. Thiết bị đo độ võng động của bản
• 4.4.2.3. Thiết bị đo thông số dao động
• 4.4.2.4. Thiết bị chuyển đổi số
• 4.5. Thử nghiệm và kết quả
• 4.5.1. Bố trí thử nghiệm
• 4.5.2. Trình tự thử nghiệm
• 4.5.3. Kết quả thử nghiệm và phân tích kết quả
• 4.5.3.1. Kết quả thử nghiệm nhóm mẫu 1: tác động bằng quả nặng có khối lượng m=14kg, rơi từ độ cao h=1,00m.
• 4.5.3.2. Kết quả thử nghiệm của nhóm mẫu 2: tác động bằng quả nặng có tổng khối lượng 60kg thả từ độ cao 1m
• 4.5.3.3. Nhận xét và phân tích kết quả
• 4.6. Kết luận Chương 4
• PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 1. Kết luận
• 2. Kiến nghị
• 3. Định hướng nghiên cứu tiếp theo
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC