Bé n«ng nghiÖp vµ ph¸t triÓn n«ng th«n
viÖn khoa häc thñy lîi viÖt nam b¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi kh&cn cÊp bé

nghiªn cøu øng dông l−íi thÐp
kh«ng gian 3 chiÒu (3d) trong kÕt cÊu
bª t«ng cèt thÐp c«ng tr×nh thñy lîi

chñ nhiÖm ®Ò tµi: ts. NguyÔn thµnh c«ng


LIỆU 12
1.2.1. Phân tích, xử lý số liệu thu thập được 12
1.2.2. Phân loại các cấu kiện bê tông cốt thép theo mức độ huy động sức chịu lực của
vật liệu 14
1.3. CẤU TẠO BÊ TÔNG CỐT THÉP 3D 17
1.3.1. Vữa bê tông 18
1.3.2. Sợi thép 18
1.3.3. Lớp mốp (mushy polysteren) 19
1.4. CÁC ƯU ĐIỂM CỦA BÊ TÔNG CỐT THÉP 3D VÀ SỬ DỤNG TRONG XÂY
DỰNG CÔNG TRÌNH 19
1.4.1. Các ưu điểm chính của bê tông cốt thép 3D 19
1.4.2. Về sử dụng Panel 3D trong xây d
ựng dân dụng 20
1.4.2. Khả năng ứng dụng trong xây dựng công trình thuỷ lợi 21
CHƯƠNG 2 24
CƠ SỞ LÝ LUẬN CÔNG NGHỆ LƯỚI THÉP KHÔNG GIAN BA CHIỀU (3D) LÀM
CỐT CHỊU LỰC TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 24
2.1. TƯƠNG TÁC GIỮA CỐT THÉP VÀ BÊ TÔNG 24
2.1.1. Đặt vấn đề 24
2.1.2. Sự tương tác giữa bê tông và cốt thép 24
2.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH PHẦN TỬ HỮU HẠN ĐỂ MÔ HÌNH HÓA 28
2.2.1. Đặt vấn đề 28
2.2.2. Phương pháp mô hình hình hóa và phân tích kết cấu tấm 3D 29
Nghiên cứu ứng dụng lưới thép không gian ba chiều (3D) trong kết cấu BTCT công trình Thủy lợi

Trung tâm Thủy công
Viện Khoa học Thủy lợi
- 2 -

2.2.3. Xây dựng chương trình phát sinh mô hình phần tử hữu hạn tính kết cấu tấm 3D 58

4.2.3. Các bước chi tiết của quy trình. 108
4.3. XÂY DƯNG CÁC ĐỒ THỊ, BẢNG TRA PHỤC VỤ CÔNG TÁC THIẾT KẾ 124
4.3.1.
Đặt vấn đề 124
4.3.2. Đồ thị và bảng tra chiều dày tấm. 124
4.3.3. Đồ thị và bảng tra lượng cốt thép theo hai phương 125
CHƯƠNG 5 126
Nghiên cứu ứng dụng lưới thép không gian ba chiều (3D) trong kết cấu BTCT công trình Thủy lợi

Trung tâm Thủy công
Viện Khoa học Thủy lợi
- 3 -

LỰA CHỌN VỮA BÊ TÔNG VÀ QUY TRÌNH THI CÔNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT
THÉP 3D 126
5.1. LỰA CHỌN VỮA BÊ TÔNG DÙNG TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 3D
(BÊ TÔNG TỰ ĐẦM) 126
5.1.1. Đặt vấn đề 126
5.1.2. Giới thiệu chung về bê tông tự đầm (Self Compacting Concrete – SCC) 127
5.1.3. Ứng dụng bê tông tự đầm trong thực tế 130
5.1.4. Ứng dụng bê tông tự đầm trong kết cấu bê tông cốt thép 3D 130
5.2. XÂY DỰNG QUY TRÌNH THI CÔNG CÔNG TRÌNH BẰNG LƯỚI THÉP KHÔNG
GIAN 3D 131
5.2.1. Đặt vấn đề 131
5.2.2. Vật liệu và thiế
t bị thi công công trình 131
5.2.3. Bố trí mặt bằng thi công 131
CHƯƠNG 6 142
CÔNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 142
6.1. ĐẶC ĐIỂM LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU CỬA VAN 142

tải gây ra (không kể trọng lượng bản thân). Đơn vị ứng suất : daN/cm2 88

Bảng 3. 3. Bảng kết quả ứng suất trong các giai đoạn chịu lực (không có trọng
lượng bản thân) . Đơn vị ứng suất: daN/cm2 97

Bảng 3. 4: Sai số giữa kết quả của ứng suất đo được từ thí nghiệm và tính toán
theo mô hình số 97
Bảng 4. 1 Các kết quả nội lực đơn vị thống kê qua bảng dưới đây 104

Bảng 4. 2 Các kết quả tính toán và bố trí cốt thép trong tấm. 104
Bảng 5. 1. So sánh giá thành giữa bê tông thường và bê tông tự đầm 129

Bảng 5. 2. So sánh thành phần cấp phối giữa bê tông thường và BT tự đầm.129
Bảng 5. 3. Một số công trình sử dụng bê tông tự đầm trên thế giới 130
Bảng 6. 1. Tổng hợp trị số chuyển vị nhỏ nhất và lớn nhất tính toán. 145

Bảng 6. 2. Tổng hợp trị số nội lực nhỏ nhất và lớn nhất ứng với trường hợp
tính toán. 146

Bảng 6. 3. So sánh giá thành giữa hai phương án 147
Nghiờn cu ng dng li thộp khụng gian ba chiu (3D) trong kt cu BTCT cụng trỡnh Thy li

Trung tõm Thy cụng
Vin Khoa hc Thy li
- 5 -

DANH MC HèNH V

Hỡnh 3. 6. Mụ hỡnh ti trng tỏc dng lờn dm thớ nghim 91
Hỡnh 3. 7. S ti trng tỏc dng lờnh kt cu ca van 100

Hỡnh 6. 1 Cu to ca van BTCT theo phng ỏn truyn thng 143
Hỡnh 6. 2. Cu to ca van cú s dng li thộp 3D 144
Nghiên cứu ứng dụng lưới thép không gian ba chiều (3D) trong kết cấu BTCT công trình Thủy lợi

Trung tâm Thủy công
Viện Khoa học Thủy lợi
- 6 -

GIỚI THIỆU CHUNG
Kết cấu bê tông cốt thép được sử dụng rất rộng rãi trong xây dựng các công
trình dân dụng, công nghiệp, giao thông, cơ sở hạ tầng và công trình thuỷ lợi. Kết
cấu bê tông cốt thép có nhiều ưu điểm so với các dạng kết cấu làm bằng các loại vật
liệu khác như thép, gỗ, đá, Kết cấu bê tông cốt thép sử dụng các loại vật liệu sẵn
có như thép thanh, thép sợi, xi măng, cốt li
ệu sỏi, đá, cát, , có giá thành hợp lý, có
khả năng chịu lực tốt, độ bền cao, lâu dài, dễ dàng tạo kiến trúc và ít phải bảo
dưỡng như các loại vật liệu khác.
Kết cấu bê tông cốt thép với các loại vật liệu mới tạo ra có phạm vi áp dụng
ngày càng rộng lớn trong mọi lĩnh vực xây dựng cầu, cống, nhà cửa, đường hầm, bể
chứa nước, đập chắn n
ước, nhà máy thuỷ điện, cầu cảng,
Như vậy, bê tông cốt thép đã và đang đóng vai trò rất quan trọng trong xây
dựng và phát triển các hình loại cơ sở hạ tầng và kiến trúc trên trái đất của chúng ta.
Trong xây dựng công trình thủy lợi trên thế giới nói chung và ở nước ta nói
riêng, các công trình và hạng mục công trình bằng bê tông cốt thép chiếm một tỷ
trọng lớn, nhiều loại công trình và hạng mục công trình không có vật liệu nào ưu
việ

khẩu độ cầu, khẩu độ nhà,
+ Công nghệ bê tông lưới thép vỏ mỏng. Công nghệ này ra đời cho phép tối
ưu hoá kết cấu bản mỏng, vỏ mỏng.
+ Công nghệ bê tông cốt sợi thép. Công nghệ này cho phép nâng cao khả
năng chống nứt của bê tông trong quá trình thi công và khai thác sử dụng.
+ Công nghệ bê tông cốt thép 3D (3D Panel). Ưu điểm cơ bản của công nghệ
là giảm được khối lượng thép và vật liệu chịu lực do huy động ở mức độ cao khả
năng làm việc của các vật liệu chịu lực.
Công nghệ lưới thép không gian ba chiều (gọi tắt là lưới thép 3D) ra đời từ ý
tưởng là thay cho việc bố trí thép tập trung cần bố trí thép phân bố, một cách lý
tưởng là theo trường ứ
ng suất. Và bố trí thép phân bố sao cho các phần vật liệu cấu
thành đều được huy động đến tối đa khả năng chịu lực. Cách bố trí phân bố cốt thép
chính là bố trí không gian - giàn không gian được hình thành bên trong các cấu kiện
bê tông cốt thép.
Từ những ưu điểm nêu trên đối chiếu vào thực tế xây dựng công trình thủy lợi
có thể nhận thấy: Đối với các cấu kiện bê tông đặt trên nền đất y
ếu, việc giảm thiểu
trọng lượng của cấu kiện có một ý nghĩa quan trọng. Việc ứng dụng lưới thép không
gian 3D cho phép giảm khối lượng vật liệu chịu lực là điều kiện cho phép giảm
được trọng lượng cấu kiện. Điều này có ý nghĩa lớn ở chỗ thị trường áp dụng công
nghệ rất lớn, đó là vùng đồng bằng sông Cửu Long rộng l
ớn và những vùng đồng
bằng ven biển.
Việc ứng dụng công nghệ cho phép mở rộng khẩu độ kết cấu có ý nghĩa với
công trình thủy lợi ở mọi vùng địa lý khác nhau trên thế giới nói chung, ở nước ta
nói riêng.
* Mục tiêu, nội dung, phương pháp nghiên cứu của đề tài:

- Mục tiêu:

+ Nghiên cứu trong phòng: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để đề xuất ra sơ đồ
cấu tạo, bố trí lưới thép và xác định quy luật phân bố ứng su
ất - biến dạng trong các
trường hợp chịu lực khác nhau.
+ Nghiên cứu mô hình vật lý.
+ Sử dụng các mô hình số: Xây dựng một hệ thống chương trình phục vụ
tính toán tối ưu vật liệu, thiết lập các quan hệ và phục vụ tính toán thiết kế;
+ Thiết kế, tính toán tối ưu cho công trình thử nghiệm (kết cấu cửa van);
+ Thi công thử nghiệm 01 cửa van trên cống dưới đê ở huyện Nghĩ
a Hưng,
tỉnh Nam Định;
+ Hội thảo trao đổi lấy ý kiến các nhà chuyên môn;
+ Theo dõi công trình thử nghiệm, tiếp thu ý kiến các nhà chuyên môn, xây
dựng quy trình công nghệ thiết kế, quy trình công nghệ thi công cấu kiện bản và
dầm bê tông cốt thép 3D dùng trong công trình thủy lợi. Nghiên cứu ứng dụng lưới thép không gian ba chiều (3D) trong kết cấu BTCT công trình Thủy lợi

Trung tâm Thủy công
Viện Khoa học Thủy lợi
- 9 -

Chương I
TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT
THÉP 3D TRONG XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH

Việc dùng lưới thép bố trí không gian để tăng cường khả năng chịu lực cho
cấu kiện bê tông là một ý tưởng được đề ra từ rất lâu. Bê tông cốt thép 3D đã được
bắt đầu nghiên cứu từ đầu những năm 1960. Ngày nay, các dạng kết cấu như: dầm,

Viện Khoa học Thủy lợi
- 10 -

nghệ sản xuất vật liệu Panel 3D và được 38 nước trên thế giới tiến hành nghiên cứu
và ứng dụng. Sản phẩm 3D của Cộng Hoà Áo có tên gọi đầy đủ là EVG -3D Panel
(EVG là tên của một tập đoàn kinh tế lớn của Áo, đã có công nghiên cứu chế tạo ra
công nghệ sản xuất tấm 3D Panel) được đăng ký bản quyền tại nhiều nước trên thế
giới trong đó có cả Nhật Bản, M
ỹ và tại Việt Nam.
Tại Mỹ, Mexico, Brazil, các nước Nam Mỹ, quần đảo Caribe, một số nước ở
châu Á, Trung Đông đã đưa vào sử dụng đại trà trong xây dựng bằng vật liệu 3D
của Cộng Hoà Áo từ cách đây hơn 20 năm. Những nước này chịu ảnh hưởng khí
hậu khắc nghiệt của thiên tai, gió bão, lũ lụt, động đất, sóng thần, , vì thế sử dụng
xây dựng công nghệ này
đã đạt được tính chuẩn trội so với dùng vật liệu xây dựng
thường.
Kết cấu bê tông cốt thép không gian 3D có đặc điểm như sau:
+ Cốt liệu rời vẫn là xi măng, cát và đá dăm như bê tông thông thường;
+ Cốt thép là khung lưới thép không gian 3D cấu thành bởi các thép thanh
mạ kẽm, đường kính 3 đến 4 mm, cường độ cao (R= 4000 đến 5000 kg/cm
2
) liên
kết với nhau bằng liên kết hàn;
+ Mác bê tông từ M150 trở lên. Độ dày tấm 3D Panel từ 70mm đến 140mm,
trong đó lớp giữa bằng vật liệu Polystyrene dày 30mm đến 100mm.
Quá trình sản xuất và lắp dựng tấm panel 3D như sau: Lớp mốp và lưới thép
không gian được gắn với nhau và sản xuất tại nhà máy, sau đó được đưa đến công
trình, tiến hành lắp dựng và trát vữa bê tông, có thể trát bằng thủ công hoặc bằng
máy phun để tạ
o 2 lớp còn lại. Đặc điểm của công trình xây bằng công nghệ này là

Đặc biệt, việc nghiên cứu đánh giá và chọn lựa sản phẩm 3D được các
chuyên gia xây dựng rất quan tâm. Ngay từ năm 1997, nhóm các nhà khoa học
thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ quốc gia cũng đã tiến hành
nghiên cứu ch
ế tạo dây chuyền sản xuất tấm 3D, Công ty Vật liệu và Công nghệ
Matech đã thi công lắp đặt dây chuyền sản xuất này. Sản phẩm vật liệu khi sản xuất
cũng đã được áp dụng xây dựng một số công trình tại Hà Nội như khách sạn Tràng
Tiền, Bảo tàng Công an và nhà khách Bộ Công an. Năm 2002, Công ty Cổ phần
Thế Kỷ Mới- TPHCM đã đầu tư hơn 9,5 triệu USD để xây dựng nhà máy sả
n xuất
tấm EVG 3D Panel công nghệ Áo với công suất 2 triệu m
2
/năm. Nhà máy đặt tại
khu công nghiệp Phú Bài, Thừa Thiên Huế để ưu tiên việc xây dựng nhà ở cho đồng
bào miền Trung, nơi khí hậu khắc nghiệt nhất so với cả nước.
Trong xây dựng công trình thủy lợi, cầu đường giao thông, công nghệ này
chưa được đề cập.
Như vậy, để khắc phục tính chưa tối ưu trong tính toán bố trí cốt thép cho
cấu kiện bản, dầm bằng bê tông cố
t thép, hiện nay, cần thiết nghiên cứu ứng dụng ý
tưởng vật liệu Panel 3D hay ứng dụng lưới thép không gian 3D làm cốt cho các cấu
kiện bê tông cốt thép trong xây dựng công trình thủy lợi.
Nghiên cứu ứng dụng lưới thép không gian ba chiều (3D) trong kết cấu BTCT công trình Thủy lợi

Trung tâm Thủy công
Viện Khoa học Thủy lợi
- 12 -

Tuy nhiên, phải nhận thức được một điểm cơ bản là không thể áp dụng một
cách máy móc cấu tạo vật liệu Panel 3D cho các cấu kiện bê tông cốt thép trong

dụng trong công trình thuỷ lợi.
Nghiên cứu ứng dụng lưới thép không gian ba chiều (3D) trong kết cấu BTCT công trình Thủy lợi

Trung tâm Thủy công
Viện Khoa học Thủy lợi
- 13 -

1.2.1.1 Các kết cấu bản thuần tuý
Bản là kết cấu phẳng có chiều dầy khá bé so với chiều dài và chiều rộng.
Trong các kết cấu công trình thuỷ lợi, cụ thể là các kết cấu cầu máng, chiều dày bản
(thành và đáy máng) biến động trong khoảng từ 8cm đến 15cm; nhịp máng biến đổi
từ 8m đến 10m. Đối với những cầu máng có nhịp lớn từ 15m đến 20m, chiều dày
đáy và thành máng biến đổi t
ừ 40m đến 60cm (Cầu máng tại K18+206 trên kênh
chính Văn Phong - Hồ chứa nước Định Bình, tỉnh Bình Định). Ở các kết cấu kênh,
bản có chiều dày biến đổi từ 10cm đến 20cm; kích thước theo chiều cao biến đổi từ
0,6m đến 2,0m. Vật liệu bê tông thường có mác 200 đôi khi đến 250 đối với cầu
máng. Ở các kết cấu cửa van bê tông cốt thép, bản có chiều dày biến đổi từ 12cm
đến 20cm; kích thước theo chiều rộng biế
n đổi từ 1,0m đến 2,6m, theo chiều cao
biến đổi từ 1,0m đến 3,8m.
Lực tác dụng chủ yếu là áp lực ngang và đứng của nước, đất; ngoài ra còn có
tải trọng bản thân, tải trọng gió, người đi lại,
Cốt thép trong bản gồm có cốt chịu lực và cốt phân bố bằng thép nhóm A-I,
đôi khi là thép A-II. Cốt chịu lực đặt trong vùng chịu kéo do mô men gây ra. Đường
kính cốt chịu lực từ 6mm đến 12mm. Số lượ
ng cốt chịu lực được xác định theo tính
toán và được thể hiện qua đường kính và khoảng cách giữa hai cốt cạnh nhau.
Khoảng cách giữa trục hai cốt thép chịu lực, đặt trong vùng có mô men lớn, từ
15cm đến 20cm.

ết diện vượt 70cm. Các cốt này chịu các ứng suất do co ngót và nhiệt độ và giữ
cho khung cốt thép khỏi bị lệch đi khi đổ bê tông.
Cốt xiên và cốt đai dùng để chịu nội lực cắt Q, cốt đai gắn vùng bê tông chịu
nén với vùng bê tông chịu kéo để đảm bảo cho tiết diện chịu được mômen. Khoảng
cách diện tích cốt xiên và cốt đai được xác định theo tính toán.
1.2.1.3. Các kết cấu kết hợp b
ản và dầm
Các cấu kiện kết hợp bản và dầm thường có tiết diện chữ T. Thường được sử
dụng ở đáy cầu máng, tường cánh, cầu công tác, dàn van, cửa van.
1.2.2. Phân loại các cấu kiện bê tông cốt thép theo mức độ huy động sức chịu
lực của vật liệu
Theo mức độ huy động sức chịu lực (khả năng chịu lực), có thể phân loại cấu
kiện bê tông cốt thép như sau:
1) Cấu kiện chịu uốn
2) Cấu kiện chịu kéo, nén
3) Cấu kiện chịu cắt và xoắn.
1.2.2.1. Cấu kiện chịu uốn
Các thành phần nội lực xuất hiện trong cấu kiện chịu uốn gồm có mô men
uốn và lực cắt. Cấu kiện chịu uốn là cấu kiện cơ bản rất hay gặp trong thực tế xây
dựng công trình thuỷ lợ
i. Đó là các dầm, bản của cầu máng, kênh dẫn nước, dầm
Nghiên cứu ứng dụng lưới thép không gian ba chiều (3D) trong kết cấu BTCT công trình Thủy lợi

Trung tâm Thủy công
Viện Khoa học Thủy lợi
- 15 -

cầu công tác, giàn thả phai, Về mặt hình dáng có thể chia cấu kiện chịu uốn ra hai
loại: bản và dầm. Các bản làm việc theo một phương cũng được đưa về tính toán
như dầm với bề rộng một đơn vị.

sb
y
s
sb
C
b

Hình 1.1. Trường hợp phá hoại cân bằng của dầm bê tông cốt thép
Trong đó: c
b
- là độ cao vùng bê tông chịu nén trong trường hợp cân bằng;
d - là khoảng cách từ mép biên vùng nén đến lớp thép chịu kéo ngoài cùng;
Nghiên cứu ứng dụng lưới thép không gian ba chiều (3D) trong kết cấu BTCT công trình Thủy lợi

Trung tâm Thủy công
Viện Khoa học Thủy lợi
- 16 -

ε
cu
- là biến dạng cực hạn của bê tông vùng nén (theo ACI 318-02, ε
cu
lấy
bằng 0,003);
ε
y
- là biến dạng chảy dẻo của thép tương ứng với cường độ f
y
;
A

phương ngang.
Nghiên cứu ứng dụng lưới thép không gian ba chiều (3D) trong kết cấu BTCT công trình Thủy lợi

Trung tâm Thủy công
Viện Khoa học Thủy lợi
- 17 -

Trường hợp cột bị phá hoại do vật liệu: cốt thép chảy dẻo hoặc bê tông bị ép
vỡ thì được phân loại là cột ngắn hoặc cột không thanh mảnh; khi cột bị phá hoại do
mất ổn định theo phương ngang gọi là cột dài.
1.2.2.3. Cấu kiện chịu xoắn, cắt
Trong kết cấu bê tông cốt thép hầu như không gặp hiện tượng xoắn thuần tuý
mà chỉ gặp xoắn cùng vớ
i uốn, ví dụ dầm có bản liên kết ở một phía, các xà ngang
của khung biên đỡ các dầm theo phương vuông góc với liên kết cứng, mô men uốn
trong các mút dầm này tạo lên mô men xoắn trong xà, khung.
Khả năng chịu xoắn của cấu kiện BTCT kém so với khả năng chịu uốn, do
đó trong nhiều trường hợp giá trị mô men xoắn tuy không lớn nhưng cũng gây ảnh
hưởng đáng kể, làm xuất hiện khe nứt.
Với trườ
ng hợp xoắn thuần tuý, mô men xoắn gây nên ứng suất tiếp mà tổng
hợp của chúng sẽ là các ứng suất kéo chính và ứng suất nén chính nghiêng 45
0
so
với trục cấu kiện. Các ứng suất kéo chính, khi vượt quá khả năng chịu kéo của bê
tông sẽ gây nên các vết nứt vuông góc với phương ứng suất kéo chính, có nghĩa là
các vết nứt sẽ nghiêng 45
0
với trục [3].
Trường hợp cấu kiện vừa chịu xoắn vừa chịu uốn thì sự làm việc của nó

Cường độ là đặc trưng cơ học chủ yếu của bê tông, cường độ phụ thuộc vào
cấu trúc của bê tông tức là phụ thuộc vào thành phần bê tông, do đó có thể căn cứ
vào cường độ để phân biệt các loại bê tông khác nhau.
Trong kết cấu bê tông cốt thép 3D, bê tông chủ yế
u là chịu nén và cường độ
chịu nén được xác định chính xác bằng thực nghiệm do đó cường độ chịu nén được
dùng làm chỉ tiêu cơ bản của cường độ bê tông.
1.3.2. Sợi thép
Sử dụng thép CT3 kéo nguội, cường độ chịu kéo R > 4000 Kg/cm
2
, đường
kính từ (2,0÷4,0)mm, mật độ ô lưới là (52×50)mm hoặc (100×100)mm; sợi thép
được mạ kẽm để tăng khả năng chống rỉ sét.
Nghiên cứu ứng dụng lưới thép không gian ba chiều (3D) trong kết cấu BTCT công trình Thủy lợi

Trung tâm Thủy công
Viện Khoa học Thủy lợi
- 19 -

Tính chất cơ học của thép phụ thuộc vào thành phần hoá học và vào công
nghệ chế tạo chúng. Sợi kéo nguội được chuốt qua các khuôn có đường kính nhỏ
dần, làm như vậy cường độ thép được nâng cao nhưng độ dẻo giảm.
Cốt thép sử dụng trong kết cấu Panel 3D phải có hàm lượng carbon thấp từ
(0,12 ÷ 0,15)%, và độ căng đạt 700Mpa. Máy hàn theo công nghệ này phải dùng
hàn điểm, điện hàn < 6 volt, tốc độ
hàn phải đạt 1/1000 giây, để tránh các mối hàn
bị nhũn, và làm yếu các mối hàn.
1.3.3. Lớp mốp (mushy polysteren)
Có đặc tính cách điện, cách nhiệt tốt, nhẹ, nhưng đủ cứng để đóng vai trò ván
khuôn khi thực hiện đổ lớp bê tông.

2

Nghiên cứu ứng dụng lưới thép không gian ba chiều (3D) trong kết cấu BTCT công trình Thủy lợi

Trung tâm Thủy công
Viện Khoa học Thủy lợi
- 20 -

Tường gạch 110 270 kg/m
2

Tường gạch 220 450 kg/m
2

Sàn bê tông cốt thép dày 8cm 300 kg/m
2

Trong trường hợp vượt các không gian lớn hơn, sàn này sẽ dày hơn, có thể
đến 500kg/m
2
, trong khi đó sàn 3D hầu như không tăng trọng lượng khi tăng không
gian.
Nếu tính trung bình tải trọng tác dụng trên 1m
2
sàn (cả tĩnh tải lẫn hoạt tải sử
dụng) thì nhà xây tường dày 110mm nặng khoảng 1,7 lần, tường dày 220mm nặng
gấp khoảng 2,6 lần so với công trình sử dụng vật liệu Panel 3D .
Trọng lượng nhẹ là một ưu điểm cơ bản cho việc sử dụng bê tông cốt thép
3D vào các công trình xây dựng trên nền đất yếu, làm giảm đáng kể kết cấu móng
công trình.

Viện Khoa học Thủy lợi
- 21 -

- Dùng làm kết cấu tấm chịu lực cho nhà không khung đến 5 tầng. Khi số
tầng càng cao thì ưu điểm của kết cấu BTCT 3D càng thể hiện so với các kết cấu
truyền thống do độ bền và tính toàn khối cao.
- Dùng làm tường bao nhà công nghiệp, thi công lắp ghép rất thuận lợi với
năng suất thi công rất cao (gấp hàng chục lần so với các công nghệ truyền thống).
- Dùng làm tường, vách ngăn, sàn cho nhà cao tầng. Trong trường hợp này,
nó v
ừa làm giảm tải trọng đứng, vừa giảm tải trọng ngang do gió và động đất, vừa
làm tăng độ cứng cho hệ chịu lực của toàn bộ công trình.
- Dùng trong các kết cấu có tính chất đặc biệt như: mái dốc, mái cong, các
hình khối kiến trúc không phẳng, các kết cấu nhịp lớn như nhà công nghiệp, cung
thể thao, sân vận động,
- Dùng làm tường ngoài, làm mái sẽ lợi dụng được khả năng cách âm, cách
nhiệt, tiế
t kiệm năng lượng chạy điều hoà, quạt mùa hè, sưởi ấm mùa đông. Thêm
nữa, trong công trình 3D, giảm được các lớp cấu tạo phức tạp và rất nặng nề của các
lớp chống nóng, cách âm, cách nhiệt.
- Đặc biệt, Panel 3D hơn hẳn các kết cấu khác khi xây dựng các công trình
trên nền đất yếu như Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, vùng đồng bằng sông Hồng,
đồng bằng sông Cửu Long, , các vùng thường xuyên chịu gió bão, động
đất, có
khả năng xây dựng nhà từ 5 đến 7 tầng mà không cần phải dùng đến móng cọc.
1.4.2. Khả năng ứng dụng trong xây dựng công trình thuỷ lợi
1.4.2.1. So sánh giữa bê tông cốt thép 3D và vật liệu xi măng lưới thép
Vật liệu xi măng lưới thép là loại vật liệu gồm vữa xi măng và các lưới dây
thép. Ngày nay, xi măng lưới thép được áp dụng trong xây dựng các kết cấu mỏng,
làm panel mái, sàn, làm bể chứa,

=2100kg/cm
2
-
2700kg/cm
2
) liên kết với
nhau bằng buộc kẽm, cấu
tạo 1 lớp phẳng
- Gồm đường kính φ3, φ4 cường
độ cao (R
k
=4000÷ 5500kg/cm
2
),
liên kết với nhau bằng hàn
thành một kết cấu không gian
ba chiều (3D)
3. Lưới thép - Gồm 2 hoặc 4 lớp lưới
đường kính d=(1÷1,2)mm
bố trí 2 bên lớp cốt thép
- Không có lưới thép
4. Cấu tạo - Chiều dày từ 2cm-5cm - Chiều dày từ 6cm trở lên
5. Mác bê tông - M250, M300, M350,
M400
- Từ M200 trở lên
6. Công nghệ chế
tạo
- Trát tay, công nghệ rung,
công nghệ phun bê tông
- Đổ bê tông thường, công nghệ

- Dầm chịu lực phổ biến như dầm cầu công tác, dầm thả phai, ;
- Kết cấu đập xà lan di động; kết cấu nhà trạm, bể hút, bể xả của các trạm
b
ơm tưới, tiêu.
Với những ưu điểm của kết cấu Panel 3D, việc ứng dụng được trong một số
kết cấu bê tông cốt thép trong công trình thuỷ lợi nêu trên có ý nghĩa rất lớn cả về
kinh tế và kỹ thuật. Ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép 3D sẽ làm giảm kích thước
cấu kiện, giảm trọng lượng cấu kiện, giảm kết cấu móng, từ đ
ó giảm giá thành công
trình; với khả năng chịu lực cao có thể tăng được khẩu độ của kết cấu; với đặc điểm
nhẹ, thi công lắp ghép đơn giản, kết cấu này cũng rất phù hợp với những công trình
ở vùng sâu, vùng xa, miền núi và hải đảo.
Để có thể ứng dụng được kết cấu bê tông cốt thép 3D trong các kết cấu nêu
trên, cần thiết phải tiến hành nghiên cứu
đầy đủ về ứng xử cơ học của vật liệu cũng
như của toàn kết cấu (xác định được trường ứng suất và biến dạng) đối với từng
trường hợp làm việc cụ thể.
Trong phạm đề tài chỉ đi sâu nghiên cứu ứng dụng kết cấu lưới thép không
gian ba chiều (3D) cho kết cấu cửa van trên cống; tiến hành nghiên cứu lý thuyết, sử

dụng mô hình số (thông qua phương pháp phần tử hữu hạn) kết hợp với thí nghiệm
mô hình vật lý để nghiên cứu trạng thái ứng suất, biến dạng trong kết cấu cửa van
có sử dụng lưới thép 3D. Qua phân tích kết quả tính toán sẽ đưa ra được các kết
luận về việc ứng dụng kết cấu bê tông cốt thép 3D trong kết cấu cửa van trong công
trình thuỷ lợi. Những phân tích này sẽ giúp ích rất nhiề
u cho công tác thiết kế, thi
công các kết cấu có ứng dụng bê tông cốt thép 3D.

- Sự
ảnh hưởng bắc cầu của cốt thép qua vết nứt xuất hiện khi tăng tải trọng
của bê tông.
- Cơ chế truyền ứng suất sẽ cho phép dự đoán đường cong ứng suất - biến
dạng của bê tông cốt thép và dạng phá huỷ dẻo hay phá huỷ giòn.
2.1.2. Sự tương tác giữa bê tông và cốt thép
Bê tông là hỗn hợp đặc không đồng nhất của:
- Xi măng
- Nước
- Cốt li
ệu thô