TĨM TẮT
Đề tài

ỨNG XỬ KẾT CẤU DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP DÙNG VẬT
LIỆU BÊ TÔNG THƯỜNG LIÊN HỢP BÊ TÔNG TÍNH
NĂNG CAO

Ứng xử uốn của dầm bê tơng cốt thép gia cường bê tơng tính năng cao trộn
cốt sợi được tiến hành nghiên cứu trong luận văn bằng phương pháp giải tích kết
hợp thực nghiệm. Đối với phương pháp giải tích, thơng qua phân tích mặt cắt ngang
và dựa vào mơ hình vật liệu, tác giả đã thiết lập cơng thức dự báo sức kháng uốn
dầm tiết diện chữ nhật với hai trường hợp gia cường bê tơng tính năng cao (Cement
based strain-hardening high strength concretes, CSHC): gia cường thớ trên và thớ
dưới. Các dầm thí nghiệm có cùng kích thước cao × rộng × chiều dài nhịp là 150 ×
150 × 450 mm (chiều dài toàn dầm 600 mm), dầm chịu tải trọng uốn 3 điểm. Bê
tông thường được sử dụng có cường độ nén 20 MPa; lớp CSHC gia cường dầm có
cường độ nén 80 MPa. Dầm thí nghiệm gồm 6 loại dầm như sau: Beam 1 sử dụng
tồn bộ bê tơng thường, Beam 2 được gia cường CSHC với chiều dày 5 cm thớ trên;
Beam 3 được gia cường CSHC với chiều dày 7.5 cm thớ trên; Beam 4 sử dụng tồn
bộ bê tơng tính năng cao; Beam 5 được gia cường CSHC với chiều dày 5 cm thớ
dưới; Beam 6 được gia cường CSHC với chiều dày 7.5 cm thớ dưới. So với Beam
1, sức kháng mô men của Beam 2, Beam 3, Beam 4 tăng lần lượt là 1.4, 1.5, 1.7 và
1.8 lần. Điều này chứng tỏ hiệu quả của việc kết hợp hai vật liệu bê tông thường và
vật liệu CSHC gia cường. Bên cạnh đó, sức kháng mơ men giữa kết quả tính tốn lý
thuyết và thực nghiệm có khác biệt từ 1-15%, cụ thể như sau: dưới 3% đối với dầm
có CSHC gia cường thớ dưới, 11-15% trường hợp CSHC gia cường thớ trên. Các
công thức lý thuyết được thiết lập rất hữu ích trong việc thiết kế cấu kiện lớn với độ
tin cậy có thể chấp nhận được.
.

iv

ABSTRACT
Research topic

FLEXURAL BEHAVIOR OF REINFORCED BEAM USING
NORMAL CONCRETE COMPOSITED WITH HIGHPERFORMANCE FIBER-REINFORCED CONCRETE

This thesis performs on composited beam using normal concrete joined
cement-based strain-hardening composite (CSHC) by means of analytical analysis
and experimental testing. CSHC is placed in two main cases: extreme compressive
zone at beam top and extreme tensile zone at beam bottom. In analytical analysis,
the models of partial materials and equations are proposed for various cases of steel
reinforcing bar to predict moment resistances of the investigated beams. In
experiment, the beams were tested under three-point bending and had same
dimensions of 150 × 150 × 600 mm (depth × width × span length). The compressive
strength of normal concrete and CSHC were 20 MPa and 80 MPa, respectively.
There were sixes types of tested beams as follows: Beam 1 used normal concrete
all; Beam 2 with CSHC 5 cm on extreme top; Beam 3 with CSHC 7.5 cm on
extreme top; Beam 4 used CSHC all; Beam 5 with CSHC 5 cm in extreme bottom;
Beam 6 with CSHC 7.5 cm in extreme bottom. Compared with Beam 1, moment
resistances of Beam 2, Beam 3, Beam 5, Beam 6 increased 1.4, 1.5, 1.7 and 1.8
times, respectively. This means the favorable effect in combination between normal
concrete – CSHC was shown. In addition, the analytical results were in good
agreement with the experimental results; their differences from 1-15% as follows:
less than 3% for beams with CSHC placed in bottom zone, 11-15% for beams with
CSHC placed on top zone. The proposed models and equations are very useful for
designing composited beam with reasonable reliability.

vi



MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân

i

Lời cam đoan

ii

Cảm tạ

iii

Tóm tắt

iv

Mục lục

vii

Danh sách các hình


ix

Danh sách các bảng

xiii

Danh sách chữ viết tắt và kí hiệu

xiv

Chương 1: Tổng quan…………………………………………………………….1
1. Giới thiệu…………………………………………..……………………………1
1.1 Đặt vấn đề…………………………………………….……………………1
1.1.1 Sự cần thiết của đề tài………….…………………………………….2
1.2 Tình hình nghiên cứu trong ngồi nước...................................................... 2
1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước ........................................................ 2
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước ........................................................ 3
1.3 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu................................................................ 4
1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................... 4
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu ............................................................................ 4
vii


1.4 Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 5
1.4.1 Phương pháp nghiên cứu ..................................................................... 5
1.5 Tính mới của đề tài.................................................................................... 5
1.6 Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 5
1.6.1 Thực nghiệm ......................................................................................... 5
1.6.2 Giới hạn đề tài ...................................................................................... 8
Chương 2: Cơ sở lý thuyết.


9

2.1 Giới thiệu các tính chất cơ học của HPFRC .................................................. 9
2.1.1 Ứng xử nén ................................................................................................. 9
2.1.2 Kháng kéo ................................................................................................. 10
2.1.3 kháng uốn ................................................................................................. 11
2.2 Dầm có ba điểm uốn..................................................................................... 12
Chương 3 : Phân tích giải tích……………………………...……………………14
3.1 Mơ hình vật liệu ........................................................................................... 14
3.2 Cơ sở phân tích…...………………………………….……………..……….16
3.2.1 Trường hợp CSHC bố trí thớ trên………………… ……………………16
3.2.2 Trường hợp CSHC bố trí thớ dưới……………….…………………… 19
3.3 Kết quả phân tích…………………………...…………..……………………21
3.3.1 Thiết lập cơng thức tính khả năng chịu uốn M n và vị trí trục trung hịa

c

khi CSHC bố trí ở vùng nén cực hạn …………….………..……….…………..23
3.3.2 Thiết lập cơng thức tính khả năng chịu uốn M n và vị trí trục trung hịa

c

khi CSHC bố trí ở vùng kéo cực hạn…………….………………………………...26
Chương 4: Thí nghiệm …………..…………………..…. ……….……………..30
4.1 Sơ đồ thí nghiệm……………………..………...……………………………30
4.2 Vật liệu thí nghiệm……………………….….………………………………31

viii



4.2.1 Cát......................................................................................................... 31
4.2.2 Xi măng………..……………………………………………………...…32
4.2.3 Tro bay…………………………………………………………………..32
4.2.4 Sợi PP (Poly propylen)……………………………………….………33
4.2.5 Sợi thép……………………………………………………….………35
4.2.6 Silifume (muội silic)……………………………………….…………36
4.2.7 Nước ………………………………………………………………….37
4.2.8 Thép………………………………………………………………......38
4.2.9 Phụ gia hóa học……………………………………………………….38
4.3 Phương pháp thí nghiệm và tạo mẫu…………………………………………...39
4.3.1 Phương pháp thí nghiệm……………………….…………………..…39
4.3.2 Quy trình thí nghiệm…………………………….……………………39
4.4 Xử lý số liệu thí nghiệm…………………………………….………………….47
4.5 Thí nghiệm………………………………………………….…………….……48
4.6 So sánh kết quả phân tích giữa lý thuyết và thực nghiệm…….………………..51
Chương 5: Phân tích kết quả thí nghiệm và thảo luận………...………………56

ix


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1 Hình ảnh minh họa một số cơng trình xây bằng vật liệu UHPFRC

3


Hình 1.2 Hình ảnh Cầu vượt Extradosed tuyến mê trô số 1 - TP HCM sử

4

dụng vật liệu HPFRC
Hình 1.3: Mặt cắt ngang các loại dầm

8

Hình 2.1 Quan hệ ứng suất nén – biến dạng của CSHC.

9

Hình 2.2: Ứng xử của HPFRC có tăng cứng cơ học so với bê tơng thường

10

Hình 2.3: Quan hệ ứng suất kéo – biến dạng của HPFRC

11

Hình 2.4 - Quan hệ mô men – độ võng của HPFRC

12

Hình 3.1: Ứng xử nén và mơ hình tuyến tính của vật liệu CSHC.

14

Hình 3.2: Ứng xử kéo trực tiếp và mơ hình song tuyến tính của vật liệu


15

CSHC
Hình 3.3: Mơ hình hóa quan hệ ứng suất – biến dạng của vật liệu

16

Hình 3.4 Phân bố ứng suất, biến dạng và nội lực trong thép trên tiết diện khi
CSHC được bố trí ở vùng nén cực hạn

18

18
Hình 3.5 Nội suy ứng suất nén từ biến dạng nén dọc trục của CSHC
Hình 3.6 Phân bố ứng suất, biến dạng và nội lực trong thép trên tiết diện
khi CSHC được bố trí ở vùng kéo cực hạn.

20

Hình 3.7 Nội suy ứng suất kéo từ biến dạng kéo dọc trục của CSHC

20

Hình 3.8 Điều kiện về biến dạng kéo của thép

22

ix



Hình 3.9 Phân bố biến dạng và ứng suất trong mặt cắt có cốt chịu kép và

23

chịu nén
Hình 4.1 Chương trình nghiên cứu

30

Hình 4.2 Cát sử dụng trong thí nghiệm

31

Hình 4.3 Xi măng sử dụng trong thí nghiệm

32

Hình 4.4 Tro bay được sử dụng trong thí nghiệm

33

Hình 4.5 Sợi PP sử dụng trong thí nghiệm

34

Hình 4.6 Sợi thép to sử dụng trong thí nghiệm

35


Hình 4.7 Sợi thép nhỏ sử dụng trong thí nghiệm

36

Hình 4.8 Silica fume sử dụng trong thí nghiệm (muội silic)

37

Hình 4.9 Nước sử dụng trong thí nghiệm

37

Hình 4.10 Phụ gia sử dụng trong thí nghiệm

38

Hình 4.11 Các vật liệu dùng để chế tạo mẫu

39

Hình 4.12 Chuẩn bị ván khn cho các mẫu dầm

40

Hình 4.13 Chuẩn bị vật liệu và ván khn đổ bê tơng

41

Hình 4.14 Hình dạng vữa bê tơng trong q trình trộn


42

Hình 4.15 Cốt sợi thêm vào trong q trình trộn bê tơng

43

Hình 4.16 Bê tơng được đổ vào mẫu dầm

44

Hình 4.17 Mẫu dầm bê tơng đã đổ

44

Hình 4.18 Mẫu dầm đã được dưỡng hộ, chuẩn bị đem đi thí nghiệm

45

x


Hình 4.19 Thiết bị thí nghiệm

46

Hình 4.20 Mẫu dầm đưa vào thí nghiệm và sau khi thí nghiệm

46

Hình 4.21


47

Hình ảnh đại diện thí nghiệm uốn 3 điểm

Hình 4-22 Thiết lập thí nghiệm uốn 3 điểm

48

Hình 4.23 Ứng xử dầm khi bố trí CSHC thớ trên (Beam 2 & Beam 3).

50

Hình 4.24 Ứng xử dầm khi bố trí CSHC thớ dưới (Beam 5 & Beam 6).

50

Hình 4.25

So sánh sức kháng uốn của dầm có CSHC thớ trên

52

Hình 4.26

So sánh sức kháng uốn của dầm có CSHC thớ dưới

52

Hình 4.27 Ảnh hưởng chiều dày bê tơng thớ trên lên moment dầm


53

Hình 4.28 Ảnh hưởng chiều dày CSHC lên sức kháng mơ men

53

Hình 4.29 So sánh sức kháng uốn với cùng bề dày CSHC bố trí thớ trên

54

và thớ dưới
Hình 4.30 Khả năng chịu mơ men tại MOR của các dầm thí nghiệm

xi

55


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 4.1: Thành phần hóa học của tro bay

33

Bảng 4.2: Tính chất cơ lý của sợi PP


34

Bảng 4.3: Tính chất cơ lý của sợi thép to

35

Bảng 4.4: Tính chất cơ lý của sợi thép nhỏ

36

Bảng 4.5: Thành phần vữa bê tơng tính năng cao CSHC

39

Bảng 4.6: Khả năng kháng uốn của các dầm thí nghiệm

51

xii


DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Chữ viết tắt

BTCT

Bê tông cốt thép

M300


Mác bê tông 300

M200

Mác bê tông 200

MOR

Modulus of rupture

LOP

Limit of proportionality

FRP

Fiber reinforced polymer

CAE

Computer aided design

FEA

Finite element analysis

CSHC

Cement-base strain-hardening high-performance composite


HPFRC

High-performance fiber reinforced-concrete

HPRC

High performance reinforced concrete

UHPFRC

Ultra high performance fiber reinforced concrete

Ký hiệu
f ’c

Cường độ chịu nén mẫu lăng trụ D150x300 tại 28 ngày tuổi

Es

Mô đun đàn hồi của thép thanh

As

Diện tích thép thanh chịu kéo

A’s

Diện tích thép thanh chịu nén

d’


Khoảng cách từ thớ nén đến tâm thép chịu kéo

yT i

Khoảng cách từ trục trung hòa tới lực kéo tương đương Ti

y i
C

Khoảng cách từ trục trung hòa tới lực nén tương đương Ci



Độ cong của dầm
xiii


Mn

Mô men danh định

 cu

Biến dạng tại đỉnh dầm

Ti

Lực kéo tương đương


Ci

Lực nén tương đương

fy

Cường độ chảy của thép thanh

 cc

Biến dạng đàn hồi trong đường cong ứng xử kéo trực tiếp

 pc

Biến dạng tại đỉnh đường cong ứng xử kéo trực tiếp

xiv


Chương 1

TỔNG QUAN
1.GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kĩ thuật, khoa
học công nghệ vật liệu cũng đang trên đà phát triển đỉnh cao, tạo ra những loại vật
liệu ưu việt được ứng dụng trong mọi lĩnh vực của đời sống. Không thỏa mãn với
những thành tựu đạt được, các nhà khoa học vẫn ln tìm tịi và phát triển rất
nhiều loại vật liệu mới, làm biến đổi sâu sắc các vật liệu truyền thống. Một trong
những thành tựu đáng chú ý trong ngành xây dựng là phát triển vật liệu bê tơng

tính năng cao (tên tiếng Anh là High-performance fiber reinforced-concrete, viết
tắt HPFRC), vật liệu này có cường độ nén trong khoảng 80-110 MPa (gấp 2-3 lần
bê tông thường), cường độ kéo cũng đạt tới 10-18 MPa (trong khi cường độ kéo
của bê tông thường không đáng kể), khả năng biến dạng chịu kéo lớn 0.4-0.5%
[1-2]. Ngồi ra, bê tơng tính năng cao cịn có khả năng kháng nứt tốt do có cấu
trúc rất đặc kết hợp sợi thép gia cường hạn chế mở rộng vết nứt. Sau khi xuất hiện
vết nứt đầu tiên (first-cracking point), cường độ của bê tơng tính năng cao khơng
bị suy giảm giảm nhanh như bê tơng truyền thống mà có thể tiếp tục tăng lên đến
giới hạn (post-cracking point) cùng với việc sinh ra nhiều vết nứt rất nhỏ giúp vật
liệu này có độ dai và năng lượng hấp thu lớn [3].
Tuy bê tông tính năng cao có nhiều ưu điểm vượt trội so với bê tông thường
nhưng do giá thành sản xuất khá cao (ở các phụ gia khoáng) nên việc ứng dụng vật
liệu này chưa phổ biến. Nhằm khắc phục yếu điểm này, ý tưởng nghiên cứu của
luận văn là tạo ra loại dầm liên hợp vừa bê tông thường kết hợp bê tơng tính năng
cao tại những vùng chịu ứng suất – biến dạng lớn. Trường hợp bê tơng tính năng
cao được bố trí gia cường một lớp ở đáy dầm là nơi chịu biến dạng và ứng suất kéo
lớn, khả năng xuất hiện nứt phá hoại cao; phần còn lại của dầm vẫn dùng bê tông

1


thường. Trường hợp bê tơng tính năng cao được bố trí gia cường ở đỉnh dầm - là nơi
chịu biến dạng và ứng suất nén lớn, khả năng phá hoại cao. Như vậy khả năng chịu
lực của dầm được nâng cao, do bê tơng tính năng cao hỗ trợ cốt thép chịu lực và
giúp giảm thiểu các vết nứt nhỏ ở các vùng cực hạn mà giá thành tăng không đáng
kể do khối lượng dùng không nhiều.
1.1.1 Sự cần thiết của đề tài
Đề tài mở ra hướng nghiên cứu dầm liên hợp bê tông cường độ cao và bê
tông thường để ứng dụng trong thực tiễn. Khả năng chịu tải trọng của dầm bê tơng
được gia cường có nhiều ưu điểm vượt trội so với dầm bê tông truyền thống.

1.2 Tình hình nghiên cứu trong ngồi nước
1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước
Các loại bê tơng tính năng cao (gọi tắt là CSHC, Cement based strainhardening high strength concretes) phổ biến hiện nay có thể liệt kê như sau: Bê tơng
tính năng cao (High performance reinforced concrete, HPRC), bê tơng tính năng cao
cốt sợi (High performance fiber reinforced concrete, HPFRC), bê tơng cốt sợi tính
năng siêu cao (Ultra high performance fiber reinforced concrete, UHPFRC). Các loại
bê tông này đã được nghiên cứu và phát triển trên thế giới từ những năm 1970 cùng
với lý thuyết tính tốn cho các loại ứng xử cơ học khác nhau [4]. Những năm gần
đây, việc nghiên cứu CSHC đã có những chuyển biến rõ rệt với cường độ nén đạt 90200 MPa) [5,6], cường độ kéo trực tiếp đạt đến 18 MPa [7]. Nhiều quốc gia trên thế
giới đã ứng dụng rộng rãi sản phẩm bê tơng tính năng siêu cao vào cơng trình thực tế
như: Mĩ, Áo, Pháp, Canada, Hàn quốc, Malaysia, Australia, Nhật bản,
Slovenia…Hình 1.1 Minh họa một số cơng trình xây bằng vật liệu UHPFRC.

2


a) Cầu Wapello County, Iowa, Hoa Kỳ [8]

b) Mái vòm nhà ga xe lửa Shawnessy Light Rail Transit, Canada [9]
Hình 1.1 Hình ảnh minh họa một số cơng trình xây bằng vật liệu UHPFRC
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Tại Việt Nam, CSHC cũng đã được nghiên cứu chế tạo và đề xuất áp dụng.
Các cơng trình nghiên cứu về bê tơng tính năng cao trong nước trong thời gian gần
đây có thể liệt kê trong danh mục [10-20]. Tuy nhiên ứng dụng thực tế CSHC cịn rất
hạn chế. Hình 1.2 minh họa cơng trình cầu vượt Extradosed tuyến Mê trô số 1 - TP
HCM sử dụng vật liệu HPFRC (tại neo yên ngựa). Trong nước cũng chưa có nghiên
3


cứu sử dụng hai vật liệu bê tông khác nhau trên cùng một tiết diện của cấu kiện. .

Đây cũng là khó khăn nhưng cũng là một tính mới của đề tài.

Hình 1.2 Hình ảnh Cầu vượt Extradosed tuyến mê trô số 1 - TP HCM sử
dụng vật liệu HPFRC
Ghi chú:n No: FHWA-HRT-11-038.

58


[9] Vicenzino Enzo, Culham Gerry, Perry Vic H, Zakariasen Don, Chow Terry
S. (2005) “First use of UHPFRC in thin precast concrete roof shell for Canadian
LRT Station”. PCI Journal, Sep-Oct 2005.
[10] TS. Phạm Duy Anh, Th.S.Nguyễn Lộc Kha (2009). “Nghiên cứu phát triển
công nghệ bê tông cường độ rất cao trong kết cấu cầu”. Tạp chí khoa học GTVT số
28.
[11] GS.TS. Phạm Duy Hữu, Nguyễn Ngọc Long, Đào Văn Đông, Phạm Duy
Anh (2009), “Bê tông cường độ cao và bê tông chất lượng cao”. Nhà xuất bản Giao
thông Vận tải.
[12] GS.TS. Phạm Duy Hữu (2005). “Công nghệ bê tông và bê tông đặc biệt”,
Nhà xuất bản Xây dựng.
[13] Nguyễn Lộc Kha (2013). “Nghiên cứu thành phần,tính chất cơ học bê tơng
cường độ siêu cao và ứng dụng trong kết cấu cầu”. Luận văn tiến sĩ, trường ĐH
GTVT, Hà Nội.
[14] TS. Phạm Duy Anh, Th.S. Nguyễn Lộc Kha (2013). “Nghiên cứu tính tốn
khả năng chịu uốn của dầm bê tơng cốt thép với bê tông cốt sợi thép siêu cường độ
(UHPC)”. Tạp chí KH Giao thơng Vận tải, số 41.
[15] NCS. Nguyễn Công Thắng, KS. Nguyễn Thị Thắng, PGS.TS. Phạm Hữu
Hanh (2013), “Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao sử dụng Silica fume
và xỉ lò cao nghiện mịn ở Việt Nam”. Tạp chí khoa học cơng nghệ XD số 15.
[16] GS.TS Phạm Duy Hữu, TS. Phạm Duy Anh, TS. Nguyễn Thanh Sang,

Th.S. Nguyễn Lộc Kha (2012). “Nghiên cứu công nghệ chế tạo bê tông cường độ
siêu cao và ứng dụng trong kết cấu cầu và nhà cao tầng (UHSFRPC)”. Đề tài nghiên
cứu khoa học cấp Bộ.
[17] PGS.TS Phạm Hữu Hanh (2012), “Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng
cao dùng cho cơng trình biển từ ngun vật liệu sẵn có ở Việt Nam”. Đề tài nghiên
cứu khoa học cấp Bộ.

59


[18] NCS. Công Thắng, TS. Nguyễn Văn Tuấn, PGS.TS. Phạm Hữu Hanh
(2012), “Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao sử dụng vật liệu sẵn có ở
Việt Nam, Tạp chí Xây dựng, Bộ Xây dựng số 12.
[19] Bùi Đức Vinh, Bùi Phương Trinh, TS. Nguyễn Văn Chánh, Kim Huy
Hồng (2011),“Đặc tính vật lý và cơ học của bê tơng hiệu năng siêu cao khi có và
khơng có cốt liệu lớn”. Tạp chí khoa học cơng nghệ Tp HCM.
[20] GS.TS Phạm Duy Hữu; TS. Phạm Thanh Sang; TS. Phạm Duy Anh, Th.S.
Nguyễn Lộc Kha (2011), “Nghiên cứu vật liệu chế tạo bê tơng cường độ siêu cao
(UHPC)”. Tạp chí Giao thơng Vận tải số 07.
[21] Nguyễn Trí Thơng (2018), “Nghiên cứu chế tạo và ứng xử cơ học của bê
tơng tính nâng cao trong điều kiện dưỡng hộ thường với nhiều kích thước và hình
dạng mẫu khác nhau”. Luận văn thạc sĩ, Trường ĐH SPKT Tp.HCM, 5/2018.
[22] Nguyen D.L., Thai D.K., Kim D.J. (2017), “Direct tension-dependent
flexural behavior of ultra-high-performance fiber-reinforced concretes”. Journal of
Strain Analysis for Engineering Design, 2017, Vol. 52(2) 121–134.
[23] Ju H, Lee DH, Cho HC, Kim KS, Yoon S and Seo SY (2014),
“Application of Hydrophilic Silanol-Based Chemical Grout for Strengthening
Damaged Reinforced Concrete Flexural Members”. Materials 2014, 7, 4823-4844;
doi:10.3390/ma7064823.
[24] RILEM TC 162-TDF (2003). “Test and design methods for steel fibre

reinforced concrete – σ-ɛ design method”, Materials and Structures/Matériaux et
Construction, 2003, 36: pp. 560-567.
[25]. ACI 318-02 (2002), “Building code requirements for structural concrete”.

60



rsBN 978-981 -10-6712-9

,llflltruililliltilruilil


Hoang-Hung Tran-Nguyen
Henry Wong .Frederic Ragueneau
Cuong Ha-Minh
Editors

Proceedings of the 4th
Congrds International de
G6otechnique
Ouvrages -Structures

-

CIGOS 2A17, 26=27 October,
Ho Chi Minh City, Vietnam
Volume

I


@ Springer


Ed.itors

Hoang-Hung Tran-Nguyen
University of Technology

Frederic Ragueneau

University of Paris-Saclay

Ho Chi Minh City
Vietnam

Cachan Cedex
France

Henry Wong
University of Lyon
Vaulx-en-Velin

Cuong Ha-Minh
University of Paris-Saclay
Cachan Cedex
Franee

France


ISSN

2366-2557

ISSN 2366-2565 (etectronic)

Lecture Notes in Civil Engineering

ISBN

DOr

978-981-10-6712-9

10. 1007/97

ISBN 978-981

-t}-6j13-6

(eBook)

8-98t-n-67 t3-6

Library ofCongress Control Numbel 2017954899
@ Springer Nature Singapore Pte

Ltd. 2018

This work is subject to copyright. All rights are reserved by the Publishex whether the whole or part

of the material is concemed, specifically the rights of translation, reprinting, reuse of iliusrations,
recitatiou, broadcasting, reproduction on microfilms or in any ottrer physical way, and transmission
or information storage and retrieval, electronic adaptation, computer software, or by similar or dissimilar
methodology now known or hereaffer developed.
The use of general descriptive names, registered names, frademarks, service marks, etc. in this
publication does not imply, even in the absence of a specific statement, that such names are exempt from
the relevant protective laws and regulations and therefore free for general use.

The publisher, the authors and the editors are safe !o assume thai the advice and information in this
book are believed to be frue and accurate at the da0e of publication. Neither the publisher nor the
authom or the editors give a warranty, express or implied, with respect to the material contained herein or
for any errors or omissions that may have been made, The publisher rcmains neutral with regard to
jurisdictional claims in published maps and institutional affiliations.
Printed on acid-free paper

This Springer imprint is published by Springer Nature
The registered company is Springe Nature Siagaporc Pre Ltd.
The registered company address is: 152 Beach Road ,#21,{1104 Gatzway East, Singapme 189721, Singapore


Contents

Bending Resistance of Steel-Bar Reinforced Concrete
Beam with Extreme Compression Zones
Using High-Performance Composite .
Duy-Liem Nguyen and Duy-Ngo Tong
Bolt-Loosening Detection in Steel Column Connections
Using Impedance Responses. . . .
Duc-Duy Ho, Trung-Hieu Nguyen, and
euang_Huy Le


Crack Propagation Analysis in Concrete Dams [sss6
on the eXtended Finite Element Method
Giang Vo Thi Tuyet and Trong Nguyen Vo

89

100

111

Experimental study of Hybrid warls with several Furly Encased
Steel Sections

Van Toan Tran and qo*g

120

,r, *U.r",

Failure Analysis of a Cold-Rolled Steel Tensile Specimen
Using a Damage-Plasticity Model. . . . .
Bac V. Mai, Giang D. Nguyen, Cao Hung pham

131

and Gregory J. Hancock

Finile Strain Plasticity Formulations for Dynamic Beams
With and Without Rotational Degrees of freedom


Tien Long Nguyen, Cmlo Sansour, and Mohammed Hjiaj

142

Fuzzy Linear Elastic Dynamic Analysis of 2-Dimensional
Semi-rigid Steel Frame with Fuzry iixity tractors . . .
Thanh Viet Tran, Quoc Anh Vu, and Xuan Huynh Le

152

rncorporation of Measured Geometric rmpedections into Finite
Element Models for Cold-Rolled Aluminium Sections
Ngoc Hieu Pham, Cao Hung pham, and Kim J.R. Rasmussen

161

Micromechanical Model for Describing Intergranular Fatigue
Cracking in an Innovative Solder Alloy .
Van-Nhat Le, Lahouari Benabou, and
euang-Bang Tao

172

Modelling the static Interaction Between a shallow Foundation
and Soil Base Using Contact Conditions
H.T. Tai Nguyen, T. Hang Nguyen, and N. Hung Nguyen
Numerical Anatysis of Hybrid Walts Using
Van Toan Tran


FEM.

Numerical simulations of cord-Rolred Aruminium Aroy 5052
Channel Sections in Stub Column Tests.
Lo Anh Thi Huynh, Cao Hung pham, and Kim J.R. Rasmussen

1g1

t9L

202


Contents

\"merical Studies of Composite Steel-Concrete Columns
Under Fire Conditions Including Cooling Phase
Thi Binh Chu and Quang Vinh Truong

.

213

On the Finite Element Modeling of the Screwed Connections
of Cold-Formed Steel

224

\linh Toan Huynh, Cao Hung Pham, and Gregory J. Hancock
Redistribution of Moment at Beam-Column Joints

in RC Structures: Comparison Between an Experimental
Snrdy and Eurocode 2, . . .
B. Sentosa, Q.-B. Bui, J.-P. Plassiard, O. Pl6, P. Perrotin, and H. Purnomo

233

Shear Resistance Behaviors of a Newly Pazzle Shape of Crestbond
R.ib Shear Connector: An Experimental Study.
Thi Hai Vinh Chu, Van Phuoc Nhan l,e, Duy Kien Dao,
Thanh Hai Nguyen, and Duc Vinh Bui

243

Simulation of Reinforced Concrete Short Shear Walls Subjected
to Seismic Loading
Khuong Le Nguyen, Ba Tam Truong, and Minh Quyen Cao
Strength Capacity of Steel Piles Filled with Concrete at Pile Top . . . .
\Ioeko Matoba, Mutsuki Sato, Toshiharu Hirose
and Yoshihiro Kimura
Systematic Analysis of the Concept of Equivalent Linear Behavior
in Seismic Engineering
Thuong Anh Nguyen, Pierre Labb6, Jean-Frangois Semblat,
end Guillaume Herv6
Tensioning Process Update for Cable Stayed Bridges
trr-rse Antonio Lozano-Galant, Dong Xu, and Jose Turmo
The Roles and Effects of Friction in Cohesive Zone Modelling:
-{ Thermodynamics-Based Formulation . . . .
Giang D. Nguyen and Ha H. Bui

254


.

263

273

283

288

llaterials For Construction (MFC)
A Review on Immobilisation of Toxic Wastes
Lsing Geopolymer Technique.
Tran Huyen Vu and Mien Van Tran
.

299

{dditional Carbon Dependent Electrical Resistivity Behaviors
sf l{igh Perfonnance Fiber-Reinforced Cementitious Composites . ' . . . 310
h1'-Liem Nguyen, Thi-Ngoc-Han Vuong, and Tri-Thong Nguyen


Bending Resistance of Steel-Bar Reinforced
Concrete Beam with Extreme Compression
Zones Using High-Performance Composite
Duy-Liem Nguyen(x) and Duy-Ngo Tong
Ho Chi Minh City University of Technology and Education,
Ho Chi Minh City, Vietnam


liemnd@hcmute. edu. vno tongduyngol9S?@gmail-. com

Abstract. This study performed on composited beam using normal concrete
joined cement-based strain-hardening composite (CSHC). The bending resistances of eomposited beams me provided with a new approach as follows:
CSHC is placed in ex$eme compressive zone at top of simple beam whereas
normal concrete is placed in the lower part of beam. The models and equations
are suggested for various cases of steel reinforcing bar to useful predict bending
resistance of beam. Also, an experimental program is conducted to generally
evaluate bending resistance of the investigated beams. The moment capacity and
stiffness of the composited beam are clearly improved with the increase of
CSHC thickness.

Keywords: High-performance Composited
Moment capacity

1

,

'

beam

Bending resistance

Section analysis

Introduction


Much research has been reported various approaches to practically apply advanced or
so-called high performance materials which can resist cruelly mechanical and envi
ronmental loads such as earthquake, impact, blast and marine corrosion. Cement-based
strain-hardening composite (CSHC), e.g., ultra-high performance fiber reinforced
concrete (UHPFRC) or high performance fiber reinforced cementitious composite
THPFRCC), recently has been considered as a very promising construction material
owing to its very high resistance and durability in comparison with normal concrete
rGraybeal and Davis (2008); Naaman and Reinhardt (2006); Nguyen at al. (2013,
2014a,2015); Song et al. (2015); Park et al. (2012); Wille et al. (2011)). Speciallv, one
of the most advanced properties of CSHC is strain-hardening or deflection-hardening
performance accompanied with multiple micro-cracks which result high ductility, large
energy absorption capacity as well as superior crack resistance (Nguyen et al. (2013,
1015); Song et al. (2015); Park et al. (2012)),
Nontheless, CSHC is much expensive than that of normal concrete at present (Spak
et al. (2016) and this becomes a main hindrance for widely application of CSHC' To
remedy the such hindrance, a developed beam using normal concrete joined with
CSHC is proposed. The composited beam is hoped to minimize the construction cost

e

Springer Nature Singapore Pte Ltd. 20i8

H. Tran-Nguyen et al. (eds.), Proceedings of the 4th Congrds International
de Giotechnique - Ouvrages -Structures, Lecture Notes in Civil Engileering 8,
DOl 10. 1007/978-98 1-10-671 3-6-8


D.-L. Nguyen and D.-N. Tong

owing to the reduction of CSHC amount used whereas it can still produce a significant

enhancement of bending resistances.
In previous study (r{guyen (2017a)), the moment capacities of composited beams
using CSHC in extreme tension zone w€ts reported with section analysis. This study is
the next step to investigate bending resistance of steel-bar reinforced concrete beam
with extreme compression zones using CSHC. The objective of this study is to analytically determine bending resistance of composite beam when CSHC is placed in
extreme compressive zone attop of a simple beam and normal concrete is placed in the
lower of that beam. Beside, the authors conducted an experimental test to preliminarily
evaluate bending resistance of investigated composite beams.

2

Analytical Study

2,1

Proposed Models of Materials

Normal concrete, CSHC and steel are modeled and shown in Figs. 1 and 2. The
compressive and direct tensile behavior of CSHC are shown in Figs. 1(a, b), respectively. Figure 2(a) shows the stress versus strain relationship of normal concrete while
Fig. 2(b) ptovides that of steel reinforcing bar under uniaxial load. The stress 01 and o2
of CSHC can be found using interpolation method from strain value e1 and e2,
respectively, illustated in Fig. 1(a).
The applied load transfers across the interface between normal concrete and CSHC

differently according to connection method, i.e., the different connections between
CSHC and normal concrete lead to different composite behaviors (Ju et al. (2014). In
this study, the investigated beams would be designed with small-spacing stimrps, as
described in Fig. 3(a), for the purpose of providing fully composite behavior between
two materials conjointly. The fully composite behavior would produce the best bending
performance (Ju et al. (20L4)).


Stress

Stress

€r tz
(a) Corfrpressive behavior of CSHCs

Strain
(b) Drect tensile behavior of CSHCs

Fig. 1. Simplifled model of axial stress versus shain responses of CSHCs Q.{guyen et
(2017b); Shin et al. (2015)

al.