NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ CHỊU UỐN VÀ CHỊU CẮT CỦA KẾT CẤU SANDWICH BẰNG BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT VÀ BÊ TÔNG NHẸ DẠNG PANEL SÀN
Kỹ thuật Xây dựng Công trình đặc biệt
Luận án này tập trung nghiên cứu ứng xử chịu uốn và chịu cắt của một dạng kết cấu sandwich mới, sử dụng Bê tông cốt lưới dệt (BTCLD) làm lớp vỏ và Bê tông nhẹ cốt liệu keramzit (BTN-K) làm lớp lõi, với mục tiêu ứng dụng làm panel sàn đúc sẵn trong công trình xây dựng. Kết cấu sandwich được biết đến với khả năng chịu lực cao, độ cứng lớn nhưng trọng lượng nhỏ, phù hợp cho nhiều ứng dụng. Tuy nhiên, các nghiên cứu hiện tại về kết cấu sandwich với lớp vỏ BTCLD thường kết hợp với vật liệu lõi nhẹ có khả năng chịu lực không cao, chủ yếu cho tấm tường. Luận án này giải quyết khoảng trống nghiên cứu bằng cách đề xuất một dạng kết cấu sandwich BTCLD và BTN-K có khả năng chịu lực cao, phù hợp cho kết cấu sàn.
Nghiên cứu được thực hiện dựa trên ba phương pháp chính: lý thuyết, thực nghiệm và mô phỏng số. Phạm vi nghiên cứu bao gồm ứng xử chịu uốn và chịu cắt của dầm/bản sandwich một phương chịu tải trọng tĩnh ngắn hạn, với các thông số vật liệu cụ thể như cường độ chịu nén của bê tông hạt mịn đến 60 MPa, BTN-K đến 20 MPa (khối lượng riêng khoảng 1300 kg/m³), và cốt lưới dệt sợi carbon có cường độ chịu kéo đến 3000 MPa.
Luận án đã xây dựng các mô hình tính toán sức kháng uốn theo phương pháp chia lớp và sức kháng cắt theo phương pháp sơ đồ hệ thanh. Các mô hình này cũng dự đoán quá trình hình thành và phát triển vết nứt dưới tác dụng uốn, có xét đến tính phi tuyến của vật liệu và đặc tính dính bám giữa các lớp. Kết quả thực nghiệm xác định các đặc tính cơ học của BTCLD và BTN-K, cùng với ứng xử chịu uốn và chịu cắt của các mẫu sandwich, đã được sử dụng để kiểm chứng các mô hình lý thuyết và mô phỏng số (sử dụng phần mềm ATENA). Độ sai lệch giữa kết quả lý thuyết và thực nghiệm về sức kháng uốn dưới 5,4% và sức kháng cắt dưới 9,2%.
Kết quả khảo sát các tham số ảnh hưởng cho thấy, độ cứng của kết cấu tăng khi chiều dày lớp vỏ tăng nhưng khả năng chịu lực không tăng đáng kể do cốt lưới dệt quyết định. Cường độ lớp lõi BTN-K tối thiểu 10 MPa được khuyến nghị để đảm bảo hiệu quả làm việc của kết cấu. Nghiên cứu cung cấp cơ sở quan trọng cho việc triển khai thiết kế và ứng dụng thực tế kết cấu sandwich BTCLD-BTN-K làm sàn trong xây dựng, với các panel đúc sẵn có kích thước bề rộng 1m và nhịp từ 3m đến 6m, mang lại lợi thế về khả năng chịu lực cao, bền vững và trọng lượng nhẹ so với kết cấu truyền thống.