intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc chịu uốn của dầm bê tông cốt thép được gia cường bằng tấm composite CFRP ở trạng thái đang chịu tải

Chia sẻ: ViJijen ViJijen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST
Báo xấu
56
lượt xem 7
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Gia cường kháng uốn kết cấu BTCT bằng vật liệu tấm sợi composite gốc các bon (CFRP) là giải pháp cho thấy nhiều ưu điểm so với các giải pháp gia cường truyền thống. Nội dung chính của nghiên cứu này nhằm đánh giá ảnh hưởng của tải trọng ban đầu đến hiệu quả gia cường kháng uốn dầm BTCT bằng vật liệu CFRP.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc chịu uốn của dầm bê tông cốt thép được gia cường bằng tấm composite CFRP ở trạng thái đang chịu tải

  1. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2021. 15 (2V): 1–11 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM SỰ LÀM VIỆC CHỊU UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐƯỢC GIA CƯỜNG BẰNG TẤM COMPOSITE CFRP Ở TRẠNG THÁI ĐANG CHỊU TẢI Dương Đức Quỳnha , Nguyễn Trung Hiếub,∗, Phạm Xuân Đạtb , Nguyễn Mạnh Hùngb a Công ty CP COTECO Công nghiệp, ô 38, TT33 khu đô thị mới Văn Phú, quận Hà Đông, Hà Nội, Việt Nam b Khoa Xây dựng dân dụng & Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 26/04/2021, Sửa xong 20/05/2021, Chấp nhận đăng 21/05/2021 Tóm tắt Gia cường kháng uốn kết cấu BTCT bằng vật liệu tấm sợi composite gốc các bon (CFRP) là giải pháp cho thấy nhiều ưu điểm so với các giải pháp gia cường truyền thống. Nội dung chính của nghiên cứu này nhằm đánh giá ảnh hưởng của tải trọng ban đầu đến hiệu quả gia cường kháng uốn dầm BTCT bằng vật liệu CFRP. Ba mẫu dầm BTCT có cùng kích thước hình học, cấu tạo cốt thép và cường độ bê tông được chế tạo. Một mẫu dầm không được gia cường được chọn làm mẫu đối chứng, trong khi hai mẫu dầm còn lại được gia cường ở trạng thái đang chịu cùng một cấp độ tải trọng ban đầu được xác định trên cơ sở tạo ra khe nứt trên bê tông vùng kéo, với bề rộng khe nứt bằng 0,2 mm. Kết quả thu được cho thấy trong trường hợp dầm BTCT đã bị võng, nứt thì hiệu quả gia cường kháng uốn bằng tấm CFRP vẫn được chứng minh thông qua sự gia tăng độ cứng uốn và khả năng chịu lực của dầm được gia cường. Từ khoá: dầm BTCT; tấm CFRP; gia cường kháng uốn; gia tải ban đầu; nứt. EXPERIMENTAL STUDY ON FLEXURAL BEHAVIOR OF RC BEAMS STRENGTHENED WITH CFRP COMPOSITE SHEETS UNDER SUSTAINING LOAD Abstract Flexural strengthening of Reinforced concrete (RC) beams using Carbon fiber composite (CFRP) sheets is a solution that shows many advantages compared to the traditional strengthening solutions. The main goal of this study is to examine the effects of initial loading on the effectiveness of strengthening by externally bonded CFRP sheets. Three identical beams were cast and tested, in which one beam without CFRP strengthening was used as the control specimen while two other beams were strengthened in flexure under the same initial loading levels. The value of initial loads was determined on the basic of maximum crack width of concrete in tension zone, that is 0,2 mm. The obtained results have shown that for RC beams that are already cracked and deformed under sustaining loads, the effectiveness of CFRP strengthening can be demonstrated by the significant increase in the flexural stiffness and the load-carrying capacity of the strengthened RC beams. Keywords: reinforced concrete beams; CFRP sheets; flexural strengthening; initial loading; cracking. https://doi.org/10.31814/stce.nuce2021-15(2V)-01 © 2021 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) 1. Đặt vấn đề Đối với kết cấu công trình nói chung và kết cấu công trình bằng vật liệu bê tông cốt thép (BTCT) nói riêng, trong quá trình làm việc, do sự suy giảm khả năng chịu lực hoặc do yêu cầu thay đổi công ∗ Tác giả đại diện. Địa chỉ e-mail: hieunt@nuce.edu.vn (Hiếu, N. T.) 1
  2. Quỳnh, D. Đ., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng năng sử dụng và có sự gia tăng tải trọng tác dụng đặt ra vấn đề gia cường cho kết cấu công trình. Bên cạnh các giải pháp gia cường truyền thống như mở rộng tiết diện, ứng lực trước căng ngoài, sử dụng thép hình. . . thì hiện nay, việc sử dụng tấm sợi composite cường độ cao (Fibre Reinforced Polymer, FRP) trong công tác gia cường kết cấu công trình được áp dụng phổ biến ở các nước tiên tiến trên thế giới. Các kết cấu công trình được gia cường có thể là kết cấu cột, dầm, sàn bê tông cốt thép, kết cấu khối xây gạch . . . Trong số các vật liệu composite dùng để gia cường kết cấu bằng bê tông cốt thép thì vật liệu tấm sợi các bon (CFRP) được sử dụng rộng rãi. Phương pháp gia cường bằng vật liệu CFRP tận dụng được những ưu điểm của loại vật liệu này như cường độ chịu kéo và mô đun đàn hồi cao, trọng lượng nhẹ, không bị ăn mòn [1–3]. Bên cạnh ưu điểm về đặc tính cơ học, gia cường bằng vật liệu CFRP còn cho thấy những tiện lợi cho quá trình thi công gia cường như nhanh chóng, đơn giản, không cần nhiều máy móc thiết bị, thời gian thi công nhanh [1–4]. Một trong những vấn đề đặt ra cho công tác gia cường kết cấu là khi tiến hành gia cường, kết cấu đang làm việc và chịu tác dụng của tải trọng. Việc giảm tải trọng tác dụng lên kết cấu ở thời điểm gia cường được xem là một trong những giải pháp đảm bảo hiệu quả của việc gia cường. Trong thực tế, công việc này thường gặp khó khăn và chủ yếu chỉ giảm tác dụng của hoạt tải sử dụng. Đối với kết cấu BTCT làm việc chịu uốn, ở thời điểm gia cường thường trên kết cấu đã xuất hiện vết nứt ở vùng bê tông chịu kéo (đáy dầm hoặc bản sàn). Theo một số kết quả khảo sát của nhóm tác giả trên thực tế công trình, các vết nứt thường nằm trong khoảng từ 0,1 mm đến 0,3 mm [4]. Hình 1 trình bày minh họa hình ảnh thực tế gia cường dầm BTCT bị nứt, võng do chiều cao ạp chí Khoa dầmhọckhôngCông nghệ đảm bảo, Xây bằng vật dựng, liệu tấmNUCE CFRP. Ở2018 p-ISSN thời điểm gia cường, công2615-9058; trình đang tiếne-ISSN hành thi 2734-94 công xây dựng và kết cấu dầm đang chịu tác dụng của tải trọng gồm trọng lượng bản thân và hoạt tải thi công. Hình 1. Gia Hình cường dầm BTCT bị nứt, võng bằng tấm CFRP 1. Gia cường dầm BTCT bị nứt, võng bằng tấm CFRP Một trong những vấn đề đặt ra của công tác gia cường kháng uốn cho kết cấu BTCT nói chung và Mộtgiatrong những cường bằng vật liệuvấn đềcomposite tấm sợi đặt ra nóicủa công riêng là hiệutác giaviệccường quả của gia cườngkháng uốnhợpcho kết trong trường CT nói chung và gia cường bằng vật liệu tấm sợi composite nói riêng là hiệu quả không thể giảm toàn bộ tải trọng tác dụng lên kết cấu ở thời điểm tiến hành gia cường. Việc tồn tại trước ứng suất kéo trong cốt thép và ứng suất nén trong bê tông vùng nén sẽ ảnh hưởng đến ứng xử c gia cường của kết trong cấu đượctrường gia cường hợp không so với trường hợpthể giảm kết cấu toàn được gia cườngbộtừ tải đầu, trọng khi chưatác chịu dụng tác dụng lên kết của tải trọng. hời điểm tiến Nghiênhành gianghiệm cứu thực cường.về ứngViệc xử củatồn tại BTCT kết cấu trướcđược ứng suất bằng gia cường kéovậttrong cốtvàthép và ứ liệu CFRP hiệu quả của việc gia cường đã được nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước tiến hành, trong đó một t nén trong bê cứu số nghiên tông điểnvùng nén hình được trìnhsẽ bàyảnh tronghưởng các tài liệuđến ứng [5–19]. Các xử của kết quả thukết đượccấu được cho thấy giải gia cườ với trường hợp kết cấu được gia cường từ 2 đầu, khi chưa chịu tác dụng của tải trọ Nghiên cứu thực nghiệm về ứng xử của kết cấu BTCT được gia cường bằng u CFRP và hiệu quả của việc gia cường đã được nhiều nghiên cứu trong và ng
  3. Quỳnh, D. Đ., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng pháp sử dụng vật liệu CFRP phù hợp cho các trường hợp gia cường kháng uốn, kháng cắt, gia cường tăng khả năng chịu nén, chịu xoắn. . . Đồng thời cũng cho thấy ứng xử của kết cấu được gia cường là phức tạp, với nhiều dạng phá hoại khác nhau và hiệu quả của việc gia cường phụ thuộc vào nhiều yếu tố mà điển hình là đặc trưng cơ học của vật liệu CFRP và công tác thi công gia cường. Bên cạnh đó, có thể nhận thấy, hầu hết các nghiên cứu đều tiến hành trên các mẫu thí nghiệm được gia cường ở thời điểm ban đầu, khi kết cấu chưa chịu tác dụng của tải trọng. Điều này dẫn đến những sai khác khi đánh giá hiệu quả gia cường so với thực tế của công tác này, khi mà việc gia cường được tiến hành tại thời điểm kết cấu đang chịu tác dụng của tải trọng. Ở nước ta hiện nay, vật liệu tấm CFRP đã được sử dụng khá phổ biến cho việc gia cường một số công trình cầu và nhà dân dụng. Tuy nhiên có thể thấy việc áp dụng còn hạn chế, chưa được phổ biến Tạptrong chí Khoa học Công đó nguyên nhân nghệ chính Xây là giádựng, thànhNUCE và tiêu 2018 p-ISSN p-ISSN chuẩn kỹ thuật 2615-9058; 2615-9058; áp dụng e-ISSN e-ISSN cho vật liệu 2734-9489 2734-9489 gia cường này [4]. Việc tính toán thiết kế chủ yếu được thực hiện theo một số tài liệu, chỉ dẫn của nước ngoài như ACI 440.2R-08 [1], FIB 14 [2], TR 55 [5] . . . Vì vậy, những nghiên cứu trong lĩnh vực này góp phần 01 tiến làm hành cơ sở cho việc áp dụng phổ biến hơn giải pháp gia cường có nhiều ưu điểm này trong thực tế ở thời điểm kết cấu đang chịu tác dụng của tải trọng. Nghiên xây dựng. Nghiên cứucứu thực thực nghiệm nghiệm 02 được thực hiệnbài Nội dung tạibáo Phòng Thívềnghiệm trình bày vàkết ứng xử của Kiểm địnhgiacông cấu được trình, cườngtrình, Trường và hiệuTrường Đại tác Đại quả của công học học Xây giaXây 03 dựng. cường bằng vật liệu tấm CFRP trong trường hợp công tác gia cường tiến hành ở thời điểm kết cấu đang chịu tác dụng của tải trọng. Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện tại Phòng Thí nghiệm và 04 2. Cơ sở định Kiểm tínhcông toán giaTrường trình, cường Đạikháng học Xâyuốn dựng.cho kết cấu dầm BTCT BTCT bị trước nứt trước bị nứt 05 Trên 2. Cơ Hình sở tính toán2 gia trình bày cường sơ đồ kháng uốntính toán cho kết cấudầm khi trước BTCTbị khi dầm BTCT nứt tiến hành tiến hành công công tác tác gia gia 06 cường, Trên trong đó dầm BTCT đã bị nứt dưới tác dụng của tải trọng Hình 2 trình bày sơ đồ tính toán dầm BTCT khi tiến hành công trọng ban ban tác gia đầutrong đầu cường, (thểđóhiện (thể hiện qua dầmqua 07 mô men BTCTuốn đã bịM 0).dưới tác dụng của tải trọng ban đầu (thể hiện qua mô men uốn M0 ). nứt 08 09 (a) tiết diện ngang (a) Tiết diện ngang (b) sơ đồ đồ biến biến dạng (b) Sơ đồ biến dạng dạng Hình 2. Sơ đồ tính toán biến dạng của kết cấu trước khi gia cường 10 Hình 2. Sơ đồ tính toán biến dạng của kết cấu trước trước khikhi gia gia cường cường Vị trí trục trung hòa hòa (hay chiều (hay cao của cao vùngcủa bê tông chịubê nén) của chịu tiết diện dầm,của ký hiệu 0 , được 11 Vị trí trục trung chiều vùng tông chịu nén) nén) của tiết tiết xdiện diện dầm, dầm, xác định theo công thức sau đây: 12 ký hiệu x0 , được xác định theo công thức sau đây: 1 2 bx0 + nA0s x0 − a0 = nA s (h0 − x0 )  (1) 1 2 2 ' ' 13 bx0 nAs x0 a nAs h0 x0 (1) (1) 2 3 EEss 14 trong đó n là tỷ số giữa mô đun đàn hồi của cốt thép và của bê bê tông tông nn EEbb
  4. Quỳnh, D. Đ., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Es trong đó n là tỷ số giữa mô đun đàn hồi của cốt thép và của bê tông n = . Eb Mô men quán tính của tiết diện dầm (đã bị nứt) được xác định theo công thức sau: bx03 0 2 Tạpchí Tạp chíKhoa Khoahọc họcCông Côngnghệ nghệ = dựng, Xây Ic0Xây + NUCE dựng, NUCE nA x0 )2 + nAp-ISSN −2018 s (h0 2018 0 sp-ISSN 2615-9058;e-ISSN x0 − a2615-9058; e-ISSN2734-9489 2734-9489 (2) 3 NUCE 2018 Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 Biến dạng ban đầu của bê tông vùng nén, εc0 , do mô men M0 gây ra: hh xx M0 x0 123 123 h x 00 00 εc0 = (4) (4) 123 ss s cc00 0 c0 xx 00 0 Ec Ic0 (4) (3) x 0 Dựa trên sơhhđồxxbiến dạng trình bày ở Hình 2, có thể tính được biến dạng của cốt thép và của bê 124 124 124 tông ở vùng 00 cchịu c00 h kéo x000 (mép ngoài) của dầm tại thời điểm trước khi gia cường: (5) (5)(5) 0 c0 xx00 x0 h0 − x0 125 125 Sau Sau khikhi gia gia cường, cường, tải tải trọng trọng εtác tács =dụng εc0 lên dụng lên dầmgây dầm gâyrararamô gây mômen mô men men uốn uốn M. M. Các Các (4) giả giả 125 Sau khi gia cường, tải trọng tác dụng lên x0 dầm uốn M. Các giả 126 126 126 thiếtcơ thiết thiết cơbản cơ bảnsử bản sửdụng sử dụngđể dụng đểtính để tínhtoán tính toánkhả toán khảnăng khả năngchịu năng chịu chịu xlực lực h −lực củatiết của tiếtdiện diệnsau saugia giacường: cường:(1) 0 của tiết diện sau gia cường: (1) giả (1)giả giả ε0 = εc0 (5) 127 127 127 thiếttiết thiết thiết tiếtdiện tiết diệnphẳng; diện phẳng;(2) phẳng; (2)dạng (2) dạngphá dạng pháhoại phá hoạiđiển hoại điểnhình điển hình hình củakết 0của xcủa kết kết cấu cấu cấu dầm dầm dầm BTCT BTCT BTCT được được được gia gia gia cường cường cường 128 128 128 kháng kháng kháng Sauuốnuốngia uốn khi bằng bằng bằng tấmtải tấm tấm cường, CFRP CFRP CFRPtrọnglà làcốt là tác cốt cốt thép thép thép dụng lênchịu chịukéo chịu dầm kéora kéo gây bị bịbị chảy chảy chảy mô mendẻo;dẻo; dẻo; uốn(3) (3) (3) M. bêbê bê Các tông tông tông giả vùng vùng vùng thiết cơnén nén nén bản bị sửbị bị ép ép ép dụng 129 129 129 vỡtính vỡ để vỡ và tấm và và tấmCFRP toán tấm CFRP CFRP khả năng bịbịchịu bị bong bong bong khỏi lựckhỏi bềmặt bề của tiết khỏi bề mặtdầm mặt diện dầm sau dầm hoặc giahoặc hoặccường: bịđứt; bịbị đứt; đứt; (1) (4)(4) giả(4) biến biến thiết dạng tiết dạng biến diện dạng của của phẳng; của thớ thớ thớ bê (2) bê bêdạng tông tông tông phá hoại điển hình của kết cấu dầm BTCT được gia cường kháng uốn bằng tấm CFRP là cốt thép chịu 130 130 130 chịu nén chịu chịu nén ngoài nén ngoàicùng ngoài cùngđạt cùng đạtđến đạt đếngiá đến giátrị giá trị cucucu;;;(5) trị (5)ứng (5) ứngsuất ứng suấtnén suất néncủa nén củabêbê của bêtông tông tông trong trong trong vùng vùng vùng nén nén nén kéo bị chảy dẻo; (3) bê tông vùng nén bị ép vỡ và tấm CFRP bị bong khỏi bề mặt dầm hoặc bị đứt; 131 131 131 được được được (4) xác xác xác biến định định định dạng từ từ củatừ đường đường đường thớ cong cong cong bê tông ứngsuất ứng chịuứng nén suất--cùng suất ngoài -biến biến biến dạng dạng dạng đạt đếncó cóbiểu có giá biểu biểu trị εcu đồ ;đồ đồ (5) có cócó dạng dạng dạng ứng parabol, parabol, parabol, suất nén được được củađược bê tông 132 132 132 quyđổi quy trong đổivề vùng vềbiểu biểuđồ nén đồhình đồ được hìnhchữ hình xác chữnhật chữ định từ nhậttương nhật đường tươngđương tương cong đươngvới đương ứng suất vớichiều với - chiềucao chiều biến dạng cao caocó vùng vùng biểu vùng đồ nénnén nén có (Hình s(Hình dạng s s(Hình 3.c). 3.c). parabol, 3.c). SơSơSơ được quy đổi về biểu đồ hình chữ nhật tương đương với chiều cao vùng nén s (Hình 3(c)). Sơ đồ tính toán 133 133 đồtính đồ tínhtoán toánkhả khảnăng năngchịu năng chịulực chịu lựccủa củadầm của dầmsau dầm saugia sau giacường gia cườngtheo cường theođược theo đượctrình được trìnhbàybàytrên trênHình Hình33 133 khả năng chịu lực của dầm sau lực gia cường theo được trình bày trên Hình 3. trình bày trên Hình 3 134 134 134 dướiđây: dưới đây: 135 135 135 (a)Tiết (a) tiếtdiện (a) diện (a)tiết tiếtdiệnngang ngang diệnngang ngang (b) (b) sơ (b) sơđồ Sơ đồ (b)sơ đồbiến đồ biếndạng biến dạng biến dạng dạng (c) (c)sơ (c) (c) đồ sơ sơđồ ứng Sơ đồ đồ ứngsuất ứng suất ứngsuất suất 136 136 136 Hình Hình3. Hình Sơ Sơđồ 3.3.Hình Sơ đồ tính 3. Sơ đồ đồtoán tính tính toán tính toán khả khả toán năng năng khả khả chịu năng năng chịulực chịu chịu lực lực của của của lực dầm dầm của sausau dầm dầm sau khi saukhi khi gia gia khi cường gia cường giacường cường 137 137 137 Chiều Chiều Chiều Chiều cao caovùng cao cao vùng vùng vùng nén nén của tiếtcủa nén nén của củatiết diện, x, diện, tiết tiếtdiện, x,x,x,được diện,xác được được xác xácđịnh xác đượctheo định địnhtheo định điều theođiều theo kiện điều cân kiện điều bằng lực:cân kiện kiện cânbằng cânbằnglực: bằng lực: lực: ' ' ' 138 138 138 0,85 0,85fffcc'cbb'b(0,8 0,85 (0,8xxx))) AAA (0,8 sE '' ' ' Af 0R Ess s 0,85 sc b(0,8x)AA fE +E f Afs E s ε s = A s R s + A f E f ε f 0 0 (6)(6) (6) (6) s sE AAs sR R ss A f fE s s ss ff ff ' 4 139 139 139 trong trongđó trong đó ffcfc'c' là đó làlàcường cườngđộ cường độchịu độ chịunén chịu néncủa nén củabê của bêtông, bê tông,được tông, đượcxác đượcxácđịnh xácđịnhqua địnhquathíthí qua nghiệm thínghiệm nghiệm nén nén nén 140 mẫu mẫu thí nghiệm hình trụ D H = 150 300 mm, Rs là cường độ chịu kéo của cốt thép 140 140 mẫuthíthínghiệm nghiệmhình hìnhtrụ trụDD HH==150 150 300 300mm, mm, RRs slàlàcường cườngđộđộchịu chịukéo kéocủa củacốt cốtthép thép 141 chịu kéo, Es và E f lần lượt là mô đun đàn hồi của cốt thép và của tấm CFRP, f và s' ' '
  5. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2018 p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 Quỳnh, D. Đ., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng h x 145 (7) trong đó fc0 làf cườngcu độ 0 fu x chịu nén của bê tông, được xác định qua thí nghiệm nén mẫu thí nghiệm hình trụ D × H = 150 × 300 mm, R s là cường độ chịu kéo của cốt thép chịu kéo, E s và E f lần lượt là mô đun đàn hồi của a ' và của tấm CFRP, ε f và ε0 lần lượt là biến dạng tương đối của tấm CFRP cốtx thép 146 ' s cu s (8) và của cốt thép chịu nén. x Biến dạng tương đối của tấm CFRP và của cốt thép chịu nén được xác định theo công thức: 147 trong đó cu là biến cực cực hạn của bê tông vùng nén, theo fib 14 [2] lấy bằng h−x 0,0035; fu là biến dạng cực hạn ε f của = εcu vật liệu − ε0 ≤ ε f u (7) 148 x CFRP. x − a0 149 Khả năng chịu lực của tiết diện ε0s sau = εcukhi gia cường: (8) x trong đó εcu M 150 là biến cực cực0,8 As Rs h0 hạnx củaAbê ' tông ' 0,8 x nén, vùng a' theo fib 14 0,8 [2]xlấy bằng 0,0035; ε (9) f u là biến s Es s Af E f f h dạng cực hạn của vật liệu CFRP. 2 2 2 Khả năng chịu lực của tiết diện sau khi gia cường: 151 3. Nghiên cứu thực nghiệm ! ! ! 0,8x 0 0,8x 0,8x 152 3.1. Mẫu thí [M] = A s Rvà nghiệm 0 −liệu chế s hvật +tạo As E sεs 0 − a + Af Ef εf h − 0 (9) 2 2 2 153 Trong nghiên cứu này, 03 mẫu dầm BTCT có cùng kích thước hình học, cấu tạo 3. 154 Nghiên cứu cốt thép và thực nghiệm cường độ bê tông được chế tạo. Các mẫu dầm có chiều dài 2200 mm, kích 155 thước 3.1. Mẫu thítiết diện và nghiệm b vật h liệu = 150 200 mm. Qua tính toán sơ bộ để tránh cho các mẫu dầm chế tạo thí nghiệm 156 Trong nghiên cứukhôngnày,bị03 phá mẫuhoại dầmdoBTCT lực cắt,cólựa chọn cùng cốtthước kích théphình dọc học, chịu cấu lực tạo vùng cốtkéo (phía thép và cường 157 dưới được độ bê tông dầm)chế là 2tạo.12, Cáccốtmẫu thépdầm dọccó vùng néndài chiều (phía trên 2200 mm,dầm) kíchbốthước trí 2 tiết 10,diện cốt bthép × h đai = 1506× 200 158 mm. Quakhoảng cách sơ tính toán 100bộmm ở vùng để tránh chogiữa các gối mẫutựadầmdầmthívà vị trí tác nghiệm khôngdụngbị tải phátrọng. hoại do Trong số các lực cắt, lựa chọn cốt 159 thép dọc chịu lực vùng kéo (phía dưới dầm) là 2∅12, cốt thép dọc mẫu dầm thí nghiệm, 01 mẫu dầm không được gia cường, ký hiệu D-0 được sử dụng vùng nén (phía trên dầm) bố trí 160 2∅10, làm dầm đối chứng. 02 mẫu dầm còn lại, ký hiệu D-1, D-2 được tạo tải trọng ban đầutrọng. cốt thép đai ∅6 khoảng cách 100 mm ở vùng giữa gối tựa dầm và vị trí tác dụng tải Trong số các mẫu dầm thí nghiệm, 01 mẫu dầm không được gia cường, ký hiệu D-0 được sử dụng 161 theo sơ đồ dầm chịu uốn bốn điểm sau đó tiến hành công tác gia cường. Tải trọng ban làm dầm đối chứng. 02 mẫu dầm còn lại, ký hiệu D-1, D-2 được tạo tải trọng ban đầu theo sơ đồ dầm 162 đầubốn chịu uốn có độ lớnsau điểm saođócho tiếnbềhành rộngcông vết nứt tác lớn nhất ở vùng gia cường. chịuban Tải trọng kéođầudo có tải độ trọng lớnnày sao gây cho rabề rộng vết nứttrên 163 lớn các nhấtmẫu dầmchịu ở vùng D-1,kéoD-2 có trọng do tải giá trịnày bằng gây0,2 mm.các ra trên Haimẫumẫudầm dầm D-1, D-1, D-2 D-2 có đều được giá trị bằng 0,2 164 mm. Haigia mẫu cường dầmbằng D-1,tấmD-2sợi đềucomposite được gia CFRP cường cóbằngcùng tấmkích thước bề rộng sợi composite CFRP 120có mm, cùngchiều kích thước 165 bề rộngdày1200,111 mm,mm chiều vàdày chiều dàimm 0,111 1950vàmm. chiềuChi dàitiết 1950 cấumm. tạoChicốt tiết thépcấu củatạo03cốt mẫuthépdầmcủathí03 mẫu dầm 166 nghiệm được trình bày trên Hình 4. Trên Hình 5 trình bày phương án gia cường các dầm thí nghiệm được trình bày trên Hình 4. Trên Hình 5 trình bày phương án gia cường các mẫu bằng tấm 167 mẫuCFRP. dầm bằng tấm CFRP. 168 169 Hình 4. 4. Hình ChiChitiết tiếtcấu cấutạo tạo cốt thépcác cốt thép cácmẫu mẫudầm dầmthíthí nghiệm nghiệm 170 Đối với các vật liệu chế tạo dầm, cường độ chịu nén của bê tông, cường độ chịu kéo của cốt thép được xác định thông qua thí nghiệm trên các mẫu thử và được trình bày tóm tắt trong Bảng 1. Tấm CFRP sử dụng gia cường và keo dán epoxy 6 do hãng Toray (Nhật Bản) sản xuất. Các thông số cơ học của vật liệu này do nhà sản xuất cung cấp và được trình bày ở Bảng 2. 5
  6. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2018 p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 Quỳnh, D. Đ., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 171 172 Hình 5. Hình Quy5.cách gia cường Quy cách dầm gia cường dầmD-1, D-2bằng D-1, D-2 bằng tấmtấm CFRP CFRP 173 Đối với các Bảngvật liệu 1. Giá trị chế cườngtạo dầm, độ của cường bê tông độthép và cốt chịu sử nén dụng của bêcác chế tạo tông, mẫu cường dầm độ chịu 174 kéo của cốt thép được xác định thông qua thí nghiệm trên các mẫu thử và được trình 175 bày tóm tắtCường trongđộBảng chịu nén của bê tông ở 28 ngày tuổi 1 dưới đây. 34,7 MPa (mẫu thí nghiệm hình trụ D × H = 150 × 300 mm) 176 Bảng 1. MôGiá đuntrị đàncường hồi củađộbêcủa tôngbêở 28 tông vàtuổi ngày cốt thép sử dụng chế tạo các mẫu dầm 32500 MPa (mẫu thí nghiệm hình trụ D × H = 150 × 300 mm) Cường độ chịu nén của bê tông ở 28 ngày tuổi (mẫu 34,7 MPa thí Giới hạn chảy của thép ∅12 nghiệm hình trụ D H = 150 300 mm) 410 MPa Giới hạn chảy của thép ∅10 380 MPa Mô đun đàn hồi của bê tông ở 28 ngày tuổi (mẫu thí 32500 MPa nghiệm hình trụ D H = 150 Bảng 2. Đặc 300 trưng mm) cơ học của tấm CFRP Giới hạn chảy Chiều dàycủa tấmthép tf 12 410 MPa 0,111 mm Cường độ chịu kéo cực hạn R f 3400 380MPa MPa Giới hạn chảy của thép 10 Mô đun đàn hồi E f 95,5 GPa 177 Tấm CFRP sử dụng gia cường và keo dán epoxy do hãng Toray (Nhật Bản) sản Độ dãn dài cực hạn ε f u 1,6% 178 xuất. Các thông số cơ học của vật liệu này do nhà sản xuất cung cấp và được trình bày 179 ở Bảng 2. 3.2. Quy trình tạo, giữ tải trọng ban đầu tác dụng lên dầm và thi công dán tấm CFRP 180 Bảng 2. Đặc trưng cơ học của tấm CFRP Để tạo tải trọng ban đầu tác dụng lên các mẫu dầm D-1, D-2 và duy trì tải trọng này không đổi Chiều trong suốt quá trình gia dày tấm cường, sử tdụng kết hợp hệ thiết bị gia tải và0,111 f giữ tảimm gồm kích thủy lực, khung phản lực, dầm phân tải và các bu lông neo. Đầu tiên, sử dụng kích thủy lực, khung phản lực và dầm phân tải tạo ra 02 tải trọng Cường độtập trung chịu kéocócực giá hạn trị bằng R f nhau tác dụng3400 lên dầm (Hình 6). Tiếp đến, tăng MPa tải trọng tác dụng lên các mẫu dầm cho đến khi các mẫu dầm bị nứt và bề rộng vết nứt lớn nhất trên các mẫu dầm này Môcó đun giá trị đànbằng hồi0,2E mm. Bề rộng của vết nứt được đo đạc bằng thiết bị quang học f 95,5 GPa chuyên dụng trong suốt quá trình gia tải trọng (Hình 7). Sau khi đã tạo ra được tải trọng ban đầu có độ lớn yêu cầu, sử dụng 02 bu lông neo để neo giữ hệ dầm phân tải xuống sàn chịu lực của Phòng thí Độ dãn dài cực hạn fu 1,6 % nghiệm, sau đó giải phóng hệ kích thủy lực và khung gia tải. Tải trọng ban đầu được duy trì thông qua lực kéo trong các bu lông neo. Sự làm việc ổn định của cơ cấu bu lông neo và dầm phân tải được theo 181 3.2. Quy trình tạo, giữ tải trọng ban đầu tác dụng lên dầm và thi công dán tấm CFRP dõi, kiểm tra thông qua việc đo đạc biến dạng tương đối của hai thanh cốt thép chịu kéo ∅12 trong 182 dầm. Sử Đểdụng tạo 02 tảiphiến trọngđiện bantrởđầu tác dụng (Strain lênkýcác gauges), mẫu hiệu St1dầm D-1, và St2, dánD-2 và thanh lên các duy trì cốttải trọng thép trước khi đổ bê tông, để đo biến dạng (Hình 9). Kết quả đo biến dạng cho thấy cơ cấu giữ tải làm việc ổn 183 này không đổi trong suốt quá trình gia cường, sử dụng kết hợp hệ thiết bị gia tải và giữ định, đảm bảo duy trì tải trọng ban đầu ổn định trong suốt quá trình thi công gia cường các mẫu dầm. 184 tải gồm kích thủy lực, khung phản lực, dầm phân tải và các bu lông neo. Đầu tiên, sử 185 dụng kích thủy lực, khung phản lực và dầm phân 6 tải tạo ra 02 tải trọng tập trung có giá 186 trị bằng nhau tác dụng lên dầm (Hình 6). Tiếp đến, tăng tải trọng tác dụng lên các mẫu
  7. việc việc ổn ổn định, định, đảm đảm bảo bảo duy duy trì trì tải tải trọng trọng banban đầu ổn định trong suốt quá trình thi công gia 208 cườngbề mặt bê tông đáy dầm (đã được mài nhẵn, phẳng); dán tấm CFRP có kích thước dài cường các các mẫu mẫu dầm. dầm. 209 rộng = 1950 120 mm; quét lớp keo phủ. Sau khi dán 48 giờ, lớp keo dán khô cứng và 210 tấm CFRP đảm bảo điềuQuỳnh,kiệnD.làm việc, Đ., và công cs. / Tạp tác học chí Khoa thíCông nghiệm đốidựng nghệ Xây với các dầm gia cường 211 được tiến hành. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2018 p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 08 bề mặt bê tông đáy dầm (đã được mài nhẵn, phẳng); dán tấm CFRP có kích thước dài 09 rộng = 1950 120 mm; quét lớp keo phủ. Sau khi dán 48 giờ, lớp keo dán khô cứng và 10 tấm Hình Hình Hình CFRP 6. Sơ 6. Sơ đảm đồ đồ tạobảo tạo tạo điều tảitrọng tải trọng trọng kiện ban ban làm đầu đầu việc, tác tác công lêndụng lêntác Hìnhthí nghiệm Hình bề7. đối Đokhe với bềnứt rộngcáckhedầmnứtgiakéocường 212 6. Sơ đồ tải ban đầu tác dụng các 7. Đo rộng vùng bê tông chịu 11 được tiến hành. các mẫu dầm thí nghiệm các mẫu mẫu dầm dầm thíthí nghiệm nghiệm vùng bê tông chịu kéo 213 Hình 8. Dán tấm CFRP gia cường ở đáy dầm D-1 và D-2 214 Trong Trong 3.3. Sơ đồBảngBảng 33 trình trìnhvà thí nghiệm bày bày giá bốgiá trị của trí trị dụng củacụtảiđotrọng ban đầu, ký hiệu P0 , tác dụng lên các mẫu dầm mẫu 215 dầm thí thí Sau nghiệm nghiệm và khi giavà tỷ số tỷ cường,số tiếp giữatục giữa tảithí tải trọng trọng ban đầu nghiệm và các gia tải tải trọng cựctheo mẫu dầm hạn đúng gây phá hoại sơ đồ tác dầm, dầm,dụng 216 P / P . Tải max .trọng P00 / Ptải max trọng Tải trọng ban đầu. cực cực03 hạn hạn P Pmax dụng có giá trị bằng 30,5 kN được xác định từ cóđo chuyển vị điện tử, ký hiệu LVDT-1, LVDT-2, maxcụ kết quả thí nghiệm thí 217 nghiệm LVDT-3,uốnđược uốn phá bố phá hoại hoại mẫu trímẫu dầm ở haidầm đối chứng gối đối tựa chứng và ở tiếtD-0 diện (xemgiữaHình dầm 10). cho phép xác định độ võng 218 của dầm dưới tác dụng của tải trọng. Giá trị tải trọng tác dụng lên dầm được xác định Bảng 3. Bảng 3. Giá Giá trị trị tải tải trọng trọng ban ban đầu đầu táctác dụng dụng lên các mẫu dầm thí nghiệm và bề rộng vết 219 thông qua dụng cụ đo lực điện tử (Load cell) 200 kN. Các dụng cụ đo lực, đo chuyển vị nứt tương ứng nứt 220 được kết nối với bộ thu thập và xử lý số liệu TDS 530 (do hãng Tokyo Sokki của Nhật 12 Bềthírộng vết (01 giây/lần 221 bản sản xuất) cho phép ghi nhận tự động và đồng thời các số liệu nghiệm 13 222 Mẫu dầm ghi). Mẫu dầm Hình thí 8. Dán thí Giá Hình tấm Giá8.trị trị DántảiCFRP tải tấm CFRPgia trọng trọng gia cường cường ở đáy P00 ở đáy dầm dầm D-1 D-1 nứt và D-2lớnvànhất D-2 (%) 14 nghiệm nghiệm ban đầu ban đầu PP00 (kN) 3.3. Sơ đồ thí nghiệm và bố trí dụng cụ đo (kN) Pmax max tương ứng (mm) 15 Sau khi gia cường, tiếp tục thí nghiệm gia tải các mẫu dầm theo đúng sơ đồ tác 16 D-1, D-2 dụng tải D-1, trọng D-2 ban đầu. 03 dụng15,0cụ đo chuyển50% 15,0 0,2 LVDT-1, LVDT-2, vị điện tử, ký hiệu 17 LVDT-3, khiđược Sau khi Sau bố trívà tác dụng tác dụng ở giữ và hai giữ gối tựa và ổn định ổn định tảiởtrọng tiết diện ban giữa đầu, dầm cho phép tiến hành côngxác tác định độ võng thi công dáncủa 18dán tấmdầm tấm dưới CFRP. CFRP. Cáctáccông Các dụng công củathi đoạn đoạn tảicông thi trọng. công Giá gồm chính chính trị tảiquét trọng lớptác keodụng lênchuyên epoxy dầm được dụngxác lên định 19 thông qua dụng cụ đo lực điện tử (Load cell) 200 kN. Các dụng cụ đo lực, đo chuyển vị 20 được kết nối với bộ thu thập và xử lý số 88 liệu TDS 530 (do hãng Tokyo Sokki của Nhật 21 bản sản xuất) cho phép ghi nhận tự động và đồng thời các số liệu thí nghiệm (01 giây/lần 223 Hình 9. Hình Bố trí thítrínghiệm 9. Bố dầm thí nghiệm dầmBTCT được BTCT được gia gia cường cường 22 ghi). 224 4. Phân tích và đánh giá kết quả Trong Bảng 3 trình bày giá trị của tải trọng ban đầu, ký hiệu P0 , tác dụng lên các mẫu dầm thí 225 4.1.nghiệm Quanvàhệtỷtải giữa tải– trọng số trọng độ võng và ứng ban đầu và tảixử củacực trọng dầmhạnđược giahoại gây phá cường dầm, P0 /Pmax . Tải trọng cực hạn Pmax có giá trị bằng 30,5 kN được xác định từ kết quả thí nghiệm uốn phá hoại mẫu dầm đối 226 Trên chứng D-0 Hình 10 trình (xem Hình 10). bày biểu đồ quan hệ tải trọng và độ võng của các mẫu dầm 227 thí nghiệm. Đối với dầm đối chứng D-0, có thể thấy dầm bị phá hoại dẻo, sự làm việc 228 của dầm được chia thành 3 giai đoạn chính: 7giai đoạn trước khi nứt OA, giai đoạn làm 9
  8. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2018 p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 229 việc sau nứt đến khi cốt thép chịu kéo bị chảy dẻo AB (điểm B tương ứng thời điểm cốt 230 thép bị chảy dẻo) và giai Quỳnh, đoạn D. Đ., và BC cs. / tương Tạp chíứng Khoavới họcsự làmnghệ Công việcXây củadựng bê tông vùng nén, 231 điểm C ứng với thời điểm bê tông vùng nén bị ép vỡ và dầm bị phá Bảng 3. Giá trị tải trọng ban đầu tác dụng lên các mẫu dầm thí nghiệm và bề rộng hoại hoànvết toàn. nứt Đối tương ứng 232 với các mẫu dầm gia cường D-1 và D-2, có thể thấy do dầm đã bị nứt nên sự làm việc 233 có thể chia thành 2 giai đoạn: giai đoạn OB với điểm B tương P0 ứng thời điểm cốt thép Bề rộng vết nứt lớn Mẫu dầm thí nghiệm Giá trị tải trọng ban đầu P0 (kN) (%) 234 chịu kéo bị chảy dẻo, giai đoạn BC tương ứng với sự làm việc của tấm CFRP Pmax nhấtgiatương cườngứng (mm) 235 và của bê tông vùng nén, điểm C ứng với thời điểm tấm CFRP bị đứt và bê tông vùng D-1, D-2 15,0 50% 0,2 236 nén bị ép vỡ. 237 238 Hình Hình10. 10.Biểu Biểuđồ đồquan quan hệ hệ tải tải trọng trọng –– độ độ võng võng của của các các mẫu mẫu dầm dầm thí thí nghiệm nghiệm 239 Có thể nhận thấy sự tham gia làm việc của tấm CFRP gia cường thể hiện rõ nét 240 khi Sau trong giai đoạn tác dụng OB.ổnTrong và giữ định giai đoạn ban tải trọng này, đầu, độ cứng tiến uốn hànhcủa các tác công mẫuthidầm côngD-1 vàtấm dán D-2CFRP. Các đoạntăng công241 đáng chính thi công kể so với gồmmẫu dầm quét lớpđối keo chứng epoxyD-0. Sự giadụng chuyên tăng lên nàybề được mặtgiải bê thích tông bởi: đáy (1) dầm (đã được 242 tấm CFRP tham gia làm việc; (2) khi dầm bị nứt trước do tải mài nhẵn, phẳng); dán tấm CFRP có kích thước dài × rộng = 1950 × 120 mm; quét lớp trọng ban đầu sẽ làm giảmkeo phủ. Sau 243 chiều cao vùng nén, dẫn đến tăng khoảng cách từ trọng tâm cốt thép chịu khi dán 48 giờ, lớp keo dán khô cứng và tấm CFRP đảm bảo điều kiện làm việc, công tác thí nghiệm kéo và từ tấm 244 cácCFRP đối với đến cường dầm gia điểm đặt hợptiến được lực hành. của các nội lực trong vùng chịu nén, do đó làm tăng độ 245 cứng uốn của tiết diện dầm. 3.3. 246 Sơ đồ thí nghiệm Sau khivàcốt bốthép trí dụng vùng cụ kéođo bị chảy dẻo, khả năng chịu lực của các mẫu dầm gia 247 khi Sau cường phụ thuộc gia cường, tiếpvàotụckhả thí năng nghiệm chịugia lựctải củacác bê mẫu tông dầm vùng theo nén và của sơ đúng tấmđồ CFRP. Trong tác dụng tải trọng ban 248 giai đoạn này tấm CFRP ngoài việc đảm bảo độ cứng uốn của các mẫu đầu. 03 dụng cụ đo chuyển vị điện tử, ký hiệu LVDT-1, LVDT-2, LVDT-3, được bố trí ở hai gối tựa và dầm cao hơn so diện với ở tiết249 giữadầmdầm đốicho chứng phépcònxácgóp địnhphầnđộtăng võngkhả củanăng dầmchịu dướilựctáccủa dụngdầm.của Tảitảitrọng cựcGiá trọng. hạntrị tải trọng 250 lên tác dụng gâydầm phá hoại đượccác xácmẫu dầm định gia cường thông tăng trung qua dụng cụ đobình lực 10% điện so tử với mẫucell) (Load dầm 200 đối chứng. kN. Các dụng cụ đo lực, 251 đo chuyểnTừvịcác được kết kết quảnối vớitích, phân bộ có thuthể thập thấyvàrõxử lý quả hiệu số liệu của TDS 530cường việc gia (do hãng Tokyo Sokki của dầm BTCT Nhật252 bản sản xuất) cho phép ghi nhận tự động và đồng thời các số liệu thí nghiệm chịu tải trọng ban đầu. Hiệu quả gia cường thể hiện rõ nét ở giai đoạn trước khi cốt thép (01 giây/lần ghi). 4. Phân tích và đánh giá kết quả 10 4.1. Quan hệ tải trọng – độ võng và ứng xử của dầm được gia cường Trên Hình 10 trình bày biểu đồ quan hệ tải trọng và độ võng của các mẫu dầm thí nghiệm. Đối với dầm đối chứng D-0, có thể thấy dầm bị phá hoại dẻo, sự làm việc của dầm được chia thành 3 giai đoạn chính: giai đoạn trước khi nứt OA, giai đoạn làm việc sau nứt đến khi cốt thép chịu kéo bị chảy dẻo AB (điểm B tương ứng thời điểm cốt thép bị chảy dẻo) và giai đoạn BC tương ứng với sự làm việc của bê tông vùng nén, điểm C ứng với thời điểm bê tông vùng nén bị ép vỡ và dầm bị phá hoại 8
  9. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2018 p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 Quỳnh, D. Đ., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng 53 chịuhoàn kéotoàn. bị chảy Đối vớidẻo. Tương các mẫu dầm ứng với D-1 gia cường thờivàđiểm này, D-2, có thể bề thấyrộng do dầmvếtđãnứt đonên bị nứt được trên sự làm việcdầm 54 cũngcóđạt thể chia đếnthành 2 giai giá trị chođoạn: phépgiaibằng đoạn 0,3 OB với mm điểm B tương theo ứng thời quy định điểmTCVN trong cốt thép 5574: chịu kéo2018 bị chảy [20]. dẻo, giai đoạn BC tương ứng với sự làm việc của tấm CFRP gia cường và của bê tông vùng nén, điểm 55 C ứng với thời điểmBảng 4. Các tấm CFRP giávàtrị bị đứt bê tải tôngtrọng và độ vùng nén bị épvõng vỡ. đặc trưng Có thể nhận thấy sự tham gia làm việc của tấm CFRP gia cường thể hiện rõ nét trong giai đoạn OB. Trong giai đoạn này, Tải trọng độ cứng uốn của các Độmẫuvõngdầm Tảităng D-1 và D-2 khi trọng đáng kể so Độvớivõng mẫu dầm khiđối chứngMẫu dầm D-0. Sự gia tăng này được giải thích bởi: (1) tấm CFRP tham gia làm việc; (2) khi dầm bị nứt gây chảy cốt trước do tải trọng ban đầu sẽ làm giảm chiềucốt cao thép gâyđến vùng nén, dẫn phá hoại tăng khoảng dầm bịtrọng cách từ phá tâm thí nghiệm cốt thép chịu kéo và từ thép Py (kN) tấm CFRP đến điểmchảy (mm) đặt hợp max (kN) lực của các Pnội hoại lực trong vùng chịu(mm) nén, do đó làm tăng độ cứng uốn của tiết diện dầm. D-0 Sau khi cốt thép vùng kéo 27,5 9,0 chịu lực của các bị chảy dẻo, khả năng 30,5 37,0phụ thuộc mẫu dầm gia cường vào khả năng chịu lực của bê tông vùng nén và của tấm CFRP. Trong giai đoạn này tấm CFRP ngoài việc đảmD-1bảo độ cứng uốn của 26,2các mẫu dầm cao4,2 hơn so với dầm đối34,8 24,8tăng khả chứng còn góp phần năng chịu lực của dầm. Tải trọng cực hạn gây phá hoại các mẫu dầm gia cường tăng trung bình 10% so với mẫuD-2 dầm đối chứng. 26,5 3,8 32,6 22,0 Từ các kết quả phân tích, có thể thấy rõ hiệu quả của việc gia cường dầm BTCT chịu tải trọng ban 56 4.2.đầu. CơHiệu chếquả phágiahoại cường các thể mẫu hiện rõdầm nét ở giai đoạn trước khi cốt thép chịu kéo bị chảy dẻo. Tương ứng với thời điểm này, bề rộng vết nứt đo được trên dầm cũng đạt đến giá trị cho phép bằng 0,3 mm 57 theoMẫu dầm quy định đốiTCVN trong chứng D-0 bị[8]. 5574:2018 phá hoại dẻo. Trên Hình 11 trình bày hình ảnh phá 58 hoại4.2. điểnCơhình của chế phá 02các hoại mẫu mẫudầm dầm được gia cường. Các mẫu dầm này đều bị phá hoại theo 59 cơ chếMẫu đầudầmtiênđối cốtchứng thépD-0vùng chịu bị phá kéo hoại dẻo.bịTrên chảy dẻo, Hình 11 vết trìnhnứt bày phát triển hình ảnh pháđến hoạivùng nén và điển hình 60 bê tông của 02vùng nén được mẫu dầm bị épgiavỡ, tiếpCác cường. đếnmẫu tấmdầm CFRP này đềubị bịđứt. phá Đây là một hoại theo trong cơ chế những đầu tiên cơ chế cốt thép vùng chịu kéo bị chảy dẻo, vết nứt phát triển đến vùng nén và bê tông vùng nén bị ép vỡ, tiếp đến 61 phá hoại điển hình của kết cấu dầm BTCT được gia cường kháng uốn bằng vật liệu tấm CFRP bị đứt. Đây là một trong những cơ chế phá hoại điển hình của kết cấu dầm BTCT được gia 62 CFRPcườngbên cạnh kháng uốncơ chếvậtphá bằng liệuhoại CFRPdo bêntấm cạnhCFRP bị bong cơ chế phá hoại dokhỏi bề mặt tấm CFRP bê tông bị bong khỏi [1,2,3]. bề mặt bê Kết 63 quảtông này[1–3]. cũngKếtcho quảthấy cầncho này cũng có thấy giớicần hạn chohạn có giới sự cho tham gia chịu sự tham lực gia chịu lựccủa tấmCFRP của tấm CFRP trong trong việc gia cường để tránh xảy ra phá hoại đứt tấm CFRP vì đây là dạng phá hoại đột ngột. 64 việc gia cường để tránh xảy ra phá hoại đứt tấm CFRP vì đây là dạng phá hoại đột ngột. 65 66 Hình 11. Hình Hình ảnhảnh 11. Hình phápháhoại củacáccác hoại của dầmdầm D-1 vàD-1 D-2 và D-2 67 4.3. So sánh khả năng chịu lực của dầm được gia cường theo lý thuyết và theo thực 68 4.3. So sánh khả năng chịu lực của dầm được gia cường theo lý thuyết và theo thực nghiệm nghiệm Căn cứ vào cơ chế phá hoại của các mẫu dầm gia cường trình bày ở mục 4.2, có thể thấy các giả 69 thiếtCăn cứ vào tính toán cơ chế khả năng chịuphá lực hoại củadầm của mẫu cácgiamẫu dầm cường trìnhgia bàycường ở mục trình bày 2 là phù có ở Biến hợp. mụcdạng 4.2, 70 thể thấy các giả thiết tính toán khả năng chịu 9 lực của mẫu dầm gia cường trình bày ở 71 mục 2 là phù hợp. Biến dạng của tấm CFRP f được tính theo công thức (7) dựa trên cơ 72 sở biến dạng ban đầu 0 . Kết quả tính toán cho thấy giá trị f lớn hơn biến dạng cực
  10. Quỳnh, D. Đ., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng của tấm CFRP ε f được tính theo công thức (7) dựa trên cơ sở biến dạng ban đầu ε0 . Kết quả tính toán cho thấy giá trị ε f lớn hơn biến dạng cực hạn của tấm CFRP. Kết quả này cũng phù hợp với việc tấm CFRP bị đứt trong quá trình gia tải. Do vậy trong tính toán, biến dạng của tấm CFRP được lấy bằng biến dạng cực hạn ε f u . Khả năng chịu lực của mẫu dầm sau gia cường được xác định theo công thức (9) và được tổng hợp trong Bảng 4, trong đó giá trị tải trọng gây phá hoại các mẫu dầm gia cường Pmax được lấy theo Bảng 5. Tỷ số Pmax /Ptt thu được cho thấy kết quả tính toán lý thuyết phù hợp với kết quả thu được từ thực nghiệm. Bảng 4. So sánh khả năng chịu lực của dầm gia cường theo tính toán và theo thực nghiệm Biến dạng ε0 Biến dạng ε f Biến dạng của tấm Tải trọng gây Tỷ số Tên dầm (% theo công (% theo công CFRP sử dụng trong phá hoại theo Pmax thức (5)) thức (7)) tính toán ε f u (%) tính toán Ptt (kN) Ptt D-1 0,0018 0,0335 0,016 31,10 1,11 D-2 0,0018 0,0335 0,016 31,10 1,05 Bảng 5. Các giá trị tải trọng và độ võng đặc trưng Mẫu dầm Tải trọng gây chảy Độ võng khi Tải trọng gây Độ võng khi dầm bị thí nghiệm cốt thép Py (kN) cốt thép chảy (mm) phá hoại Pmax (kN) phá hoại (mm) D-0 27,5 9,0 30,5 37,0 D-1 26,2 4,2 34,8 24,8 D-2 26,5 3,8 32,6 22,0 5. Kết luận Nội dung bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc của dầm BTCT được gia cường kháng uốn ở trạng thái đang chịu tải. Đây là trường hợp gia cường phù hợp với thực tế làm việc của kết cấu công trình, khi mà kết cấu được gia cường đã bị võng, nứt. Từ các kết quả thu được, có thể rút ra những kết luận chính sau: - Sử dụng tấm CFRP nhằm gia cường kháng uốn kết cấu BTCT ở trạng thái đang chịu tải là một giải pháp hiệu quả. Kết quả thu được cho thấy trong trường hợp dầm BTCT đã bị võng, nứt thì hiệu quả gia cường kháng uốn bằng tấm CFRP vẫn được chứng minh thông qua sự gia tăng độ cứng uốn và khả năng chịu lực của dầm được gia cường. - Cơ chế phá hoại kết cấu gia cường thu được trong nghiên cứu này là tấm CFRP bị đứt. Đây là dạng phá hoại đột ngột. Vì vậy trong quá trình thiết kế gia cường kháng uốn cần hạn chế ứng suất trong tấm CFRP. Việc giảm tối đa tải trọng tác dụng lên kết cấu ở thời điểm gia cường cũng cần được lưu ý để phát huy khả năng làm việc của tấm CFRP. Tài liệu tham khảo [1] ACI 440.2R (2017). Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures. Reported by ACI Committee 440, American Concrete Institute. 10
  11. Quỳnh, D. Đ., và cs. / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng [2] FIP Bulletin No14 (2001). Externally Bonded FRP Reinforcement for RC structures. Technical Report, Bulletin 14, International Federation for Structural Concrete (fib). [3] ISIS (2008). FRP Rehabilitation of Reinforced Concrete Structures, Design Manual 4, Version 2. The Canadian Network of Centres of Excellence on Intelligent Sensing for Innovative Structures (ISIS Net- work). [4] Hiếu, N. T., Cường, L. T. (2020). Gia cường kết cấu bê tông cốt thép bằng vật liệu tấm CFRP composite. Nhà xuất bản Xây dựng. [5] TR55 (2000). Design guidance for strengthening concrete structures using fibre composite materials. Concrete Society Technical Report 55, The Concrete Society, Crowthorne, UK. [6] JSCE (2001). Recommendations for Upgrading of Concrete Structures with Use of Continuous Fiber Sheet. Concrete Engineering Series 41, Japan Society of Civil Engineering. [7] Bank, L. C. (2006). Composites for construction: structural design with FRP materials. John Wiley & Sons. [8] TCVN 5574:2018. Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. [9] Nguyen, M. H., Tran, T. D. (2016). Experimental Studty on Flexural Strengthening of One - Way Rein- forced Concrete Slabs Using Carbon and Glass Fiber Reinforced Polymer Sheets. The 7th International Conference of Asian Concrete Federation (ACF 2016), Hà Nội, Việt Nam. [10] Hiếu, N. T. (2015). Nghiên cứu thực nghiệm hiệu quả gia cường kháng uốn dầm bê tông cốt thép bằng vật liệu tấm sợi composite. Tạp chí Khoa học công nghệ, Viện Khoa học công nghệ Xây dựng IBST, 1:3–9. [11] N.T. Hiếu, L. C. (2018). Nghiên cứu thực nghiệm hiệu quả gia cường dầm bê tông cốt thép chịu xoắn bằng vật liệu tấm sợi các bon CFRP. Tạp chí Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ Việt Nam, 60(3). [12] Hùng, H. M., Hiếu, N. T. (2021). Hiệu quả gia cường kháng cắt cho dầm bê tông cốt thép bằng vật liệu tấm sợi các bon. Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng (KHCNXD) - ĐHXD, 15(1V):102–111. [13] Hoa, H. P., Minh, P. D. (2014). Nghiên cứu gia cường dầm bê tông cốt thép bằng tấm vật liệu composite sợi cacbon. Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại học Đà Nẵng, 3(76):28–31. [14] Lâm, C. V., Lan, N. (2016). Đánh giá hiệu quả của các biện pháp gia cường sức kháng cắt đối với cầu bê tông cốt thép thường bằng phần mềm abaqus và thực nghiệm. Tạp chí Giao thông vận tải, (3/2016): 53–56. [15] Thomsen, H., Spacone, E., Limkatanyu, S., Camata, G. (2004). Failure Mode Analyses of Reinforced Concrete Beams Strengthened in Flexure with Externally Bonded Fiber-Reinforced Polymers. Journal of Composites for Construction, 8(2):123–131. [16] Lam, L., Teng, J. G. (2003). Design-oriented stress–strain model for FRP-confined concrete. Construction and Building Materials, 17(6-7):471–489. [17] Mander, J. B., Priestley, M. J. N., Park, R. (1988). Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete. Journal of Structural Engineering, 114(8):1804–1826. [18] Thomsen, H., Spacone, E., Limkatanyu, S., Camata, G. (2004). Failure Mode Analyses of Reinforced Concrete Beams Strengthened in Flexure with Externally Bonded Fiber-Reinforced Polymers. Journal of Composites for Construction, 8(2):123–131. [19] Hassan, M., Chaallal, O. (2007). Fiber-Reinforced Polymer Confined Rectangular Columns: Assessment of Models and Design Guidelines. ACI Structural Journal, 104(6). 11
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2418 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2