Nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số ứng xử nén của mẫu bê tông chất lượng siêu cao sử dụng thành phần cốt liệu ở Việt Nam

Bài viết Nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số ứng xử nén của mẫu bê tông chất lượng siêu cao sử dụng thành phần cốt liệu ở Việt Nam trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm và mô hình số đánh giá ứng xử nén của mẫu bê tông chất lượng siêu cao (UHPC). Phương pháp thực nghiệm được tiến hành theo tiêu chuẩn thí nghiệm ASTM C469M.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng số ứng xử nén của mẫu bê tông chất lượng siêu cao sử dụng thành phần cốt liệu ở Việt Nam Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, ĐHXDHN, 2022, 16 (5V): 1–9 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG SỐ ỨNG XỬ NÉN CỦA MẪU BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG SIÊU CAO SỬ DỤNG THÀNH PHẦN CỐT LIỆU Ở VIỆT NAM Lê Bá Danha,∗, Ngô Quý Tuấnb , Phạm Duy Hòaa , Khúc Đăng Tùnga a Khoa Cầu Đường, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam b Khoa Cơ khí – Công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế, 102 đường Phùng Hưng, Thành phố Huế, Việt Nam Nhận ngày 31/10/2022, Sửa xong 15/11/2022, Chấp nhận đăng 20/12/2022 Tóm tắt Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm và mô hình số đánh giá ứng xử nén của mẫu bê tông chất lượng siêu cao (UHPC). Phương pháp thực nghiệm được tiến hành theo tiêu chuẩn thí nghiệm ASTM C469M. Mô hình số được thực hiện bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phần mềm ANSYS APDL, trong đó vật liệu UHPC sử dụng mô hình đàn dẻo Drucker – Pracger cải tiến được gọi là mô hình DP – Bê tông. Mô hình DP – Bê tông có sự tương đồng rất lớn khi so sánh đường quan hệ ứng suất – biến dạng thu được từ mô hình số với thực nghiệm, đây được xem là mô hình đầy triển vọng khi ứng dụng để mô hình hoá ứng xử cơ học vật liệu UHPC. Bê tông UHPC với hàm lượng cốt sợi thép 2% theo thể tích sử dụng các loại vật liệu sẵn có ở Việt Nam được sử dụng trong nghiên cứu này. Kết quả nghiên cứu được so sánh giữa thực nghiệm và mô phỏng số nhằm đánh giá về sự phù hợp của mô hình Drucker – Pracger cải tiến sử dụng để nghiên cứu ứng xử chịu nén của bê tông UHPC. Từ khoá: bê tông chất lượng siêu cao (UHPC); cường độ chịu nén; ứng xử nén; mô hình Drucker-Prager; phương pháp phần tử hữu hạn; phần mềm ANSYS APDL. EXPERIMENTAL AND NUMERICAL STUDIES ON THE COMPRESSIVE BEHAVIOR OF ULTRA-HIGH PERFORMANCE CONCRETE USING AGGREGATE COMPOSITION AVAILABLE IN VIETNAM Abstract This paper presents the results of experimental and numerical research to evaluate the compressive behavior of Ultra-high Performance Concrete (UHPC). Experimental methods were carried out according to the standard ASTM C469M. Numerical modeling is conducted using finite element method and ANSYS APDL software, in which UHPC material uses an improved Drucker – Pracger elastoplastic model, the so-called DP - Concrete model. The DP-Concrete model shows great similarities when comparing the stress-strain relationship curves obtained from numerical and experimental results. This is a promising numerical model when applying to model the mechanical behavior of UHPC materials. UHPC concrete with 2% steel fiber by volume using materials available in Vietnam was used in this study. The research results were compared between experiment and numerical simulation to evaluate the suitability of the improved Drucker - Pracger model to study compressive behavior of UHPC concrete. Keywords: UHPC, compression strength; compressive behavior; numerical model of UHPC; Drucker-Prager model; FEM; Ansys APDL software. https://doi.org/10.31814/stce.huce(nuce)2022-16(5V)-01 © 2022 Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (ĐHXDHN) ∗ Tác giả đại diện. Địa chỉ e-mail: danhlb@huce.edu.vn (Danh, L. B.) 1 Danh, L. B., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 1. Giới thiệu Bê tông chất lượng siêu cao (Ultra-high performance concrete - UHPC) là loại vật liệu mới, thành phần cốt liệu chính bao gồm xi măng Pooc lăng, cát mịn, bột quartz, silica fume, phụ gia siêu dẻo, sợi thép và nước [1, 2]. UHPC thể hiện tính chất cơ học vượt trội với cường độ chịu nén lớn hơn 120 MPa [3], cường độ chịu kéo khi uốn lên đến 50 MPa [4], cường độ chịu kéo dọc trục từ 6 – 12 MPa [5], mô đun đàn hồi từ 42 – 55 GPa [4, 6]. Ngoài ra, UHPC có độ đặc chắc, tính dẻo dai cao, khả năng chống ăn mòn tốt giúp tăng độ bền và tuổi thọ công trình. UHPC được nghiên cứu và ứng dụng đầu tiên vào những năm cuối thập niên 90 của thế kỷ XX. Trong hơn hai thập kỷ qua, UHPC đang thu hút sự quan tâm ở nhiều quốc gia khác nhau trong việc ứng dụng cho kết cấu công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, công trình cầu, cảng biển, công nghiệp dầu khí, kết cấu ngoài khơi, kết cấu thủy lực, sửa chữa và phục hồi kết cấu [7]. Trong tất cả những ứng dụng này thì ứng dụng UHPC trong lĩnh vực cầu đường được xem là phổ biến nhất [8]. Ứng dụng vật liệu UHPC cho kết cấu công trình cầu đã được thực hiện ở nhiều quốc gia khác nhau bao gồm Úc, Áo, Canada, Trung Quốc, Cộng hòa Séc, Pháp, Đức, Ý, Nhật Bản, Malaysia, Hà Lan, New Zealand, Slovenia, Hàn Quốc, Thụy Sĩ và Hoa Kỳ [7]. Ngoài ra, bê tông UHPC còn có thể được ứng dụng ở nhiều lĩnh vực khác cho các công trình dân dụng, công nghiệp, các công trình chịu tải trọng đặc biệt như nổ phá, va đập, … Đặc biệt, với khả năng chống thấm và chống ăn mòn tốt, UHPC còn là vật liệu được sử dụng nhiều cho các công trình hạ tầng ven biển nhằm hướng tới phát triển bền vững. Ở Việt Nam, nghiên cứu về vật liệu UHPC được thực hiện trong khoảng 10 năm gần đây. Các nghiên cứu này tập trung chủ yếu vào thành phần cốt liệu và hướng đến sử dụng các vật liệu địa phương để chế tạo bê tông chất lượng siêu cao [9–13]. Nhiều công trình đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng UHPC cho kết cấu nhằm nâng cao khả năng chịu lực, độ bền trong môi trường đặc biệt và tải trọng nổ [14–18]. UHPC có cường độ chịu nén cao, cường độ chịu nén đàn hồi đạt khoảng trên 80% cường độ chịu nén của UHPC. Sự lý tưởng hóa đường quan hệ ứng suất – biến dạng khi nén phục vụ thiết kế kết cấu UHPC là đề tài được các nhà nghiên cứu quan tâm. Hiện nay, các tiêu chuẩn thiết kế, khuyến n ...