Phương pháp sử dụng vật liệu FRP

Chia sẻ: Nguyen Thi Ngoc Hoa | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

424
lượt xem 150
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

SƠ LƯợC Về VậT LIệU FRP - Vật liệu FRP - Fiber Reinforced Polymer là một dạng vật liệu composite được chế tạo từ các vật liệu sợi, trong đó có ba loại vật liệu sợi thường được sử dụng là sợi carbon CFRP, sợi thủy tinh GFRP và sợi aramid AFRP. Đặc tính của các loại sợi này là có cường độ chịu kéo rất cao, mô đun đàn hồi rất lớn, trọng lượng nhỏ, khả năng chống mài mòn cao, cách điện, chịu nhiệt tốt, bền theo thời gian … - Các dạng...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Phương pháp sử dụng vật liệu FRP

www.gia24.vn CỘNG ĐỒNG XÂY DỰNG CHUYÊN NGHIỆP Héi nghÞ khoa häc toµn quèc lÇn thø hai vÒ Sù cè vµ h- háng c«ng tr×nh X©y dùng PH¦¥NG PH¸P Sö DôNG VËT LIÖU FRP TRONG SöA CH÷A Vµ GIA Cè C¤NG TR×NH B£ T¤NG CéT THÐP TS. Ng« Quang T-êng, §¹i häc B¸ch khoa Tp. HCM ThS. Vâ V¨n TuÊn, §¹i häc KiÕn tróc Tp. HCM ABSTRACT: From the years of nineties, in the developed countries it has been studied and applied a new method of using FRP (Fiber Reinforced Polymer) materials for repairing and strengthening reinforced concrete. This new method can help to utilize the advantages of high strength capacity of FRP materials. More over, the easy application of this method has made it become an ideal solution to choose when repairing and strengthening reinforced concrete structures. In spite of a little disadvantage of pricing, this new method still highly be recommended as it has much more advantages such as: easy and quick application, high performance, no need to use coffer and to ruin concrete structure, etc. Especially, it is usually used for constructions that required characteristics of high water resistance and high resistance to corrosion. 1. GIíI THIÖU CHUNG Tr-íc hiÖn tr¹ng h- háng nhµ ë vµ xuèng cÊp cña c¸c c©y cÇu hiÖn nay, viÖc nghiªn cøu vÒ söa ch÷a, c¶i t¹o, n©ng cÊp c«ng tr×nh x©y dùng lµ vÊn ®Ò rÊt cÇn thiÕt. Trong néi dung b¸o c¸o nµy chóng t«i sÏ tr×nh bµy mét gi¶i ph¸p míi ®Ó söa ch÷a, gia cè c«ng tr×nh bª t«ng cèt thÐp: Ph-¬ng ph¸p sö dông vËt liÖu FRP (Fiber Reinforced Polymer) trong söa ch÷a vµ gia cè c«ng tr×nh. Néi dung b¸o c¸o bao gåm tr×nh bµy s¬ l-îc vÒ vËt liÖu FRP, nguyªn t¾c sö dông vµ øng dông vËt liÖu FRP trong söa ch÷a vµ gia cè c«ng tr×nh bª t«ng cèt thÐp, c¸c ph-¬ng ph¸p thi c«ng vËt liÖu FRP ®Ó söa ch÷a vµ gia cè kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp, ph-¬ng ph¸p tÝnh to¸n thiÕt kÕ dÇm vµ cét gia cè b»ng tÊm FRP. 2. S¥ L¦îC VÒ VËT LIÖU FRP - VËt liÖu FRP - Fiber Reinforced Polymer lµ mét d¹ng vËt liÖu composite ®-îc chÕ t¹o tõ c¸c vËt liÖu sîi, trong ®ã cã ba lo¹i vËt liÖu sîi th-êng ®-îc sö dông lµ sîi carbon CFRP, sîi thñy tinh GFRP vµ sîi aramid AFRP. §Æc tÝnh cña c¸c lo¹i sîi nµy lµ cã c-êng ®é chÞu kÐo rÊt cao, m« ®un ®µn håi rÊt lín, träng l-îng nhá, kh¶ n¨ng chèng mµi mßn cao, c¸ch ®iÖn, chÞu nhiÖt tèt, bÒn theo thêi gian … - C¸c d¹ng FRP dïng trong x©y dùng th-êng cã c¸c d¹ng nh-: FRP d¹ng tÊm, FRP d¹ng thanh, FRP d¹ng c¸p, FRP d¹ng v¶i, d¹ng cuén … Trong söa ch÷a vµ gia cè c«ng tr×nh x©y dùng th-êng dïng c¸c lo¹i FRP d¹ng tÊm vµ d¹ng v¶i.
www.gia24.vn CỘNG ĐỒNG XÂY DỰNG CHUYÊN NGHIỆP Hinh 1. Quan hÖ øng suÊt vµ biÕn d¹ng vËt liÖu FRP D¹ng tÊm D¹ng cuén D¹ng chÕ t¹o s½n D¹ng thanh D¹ng b¨ng - Trong x©y dùng, c¸c lo¹i vËt liÖu FRP th-êng ®-îc sö dông nhÊt lµ cña c¸c h·ng s¶n xuÊt: MBraceTM, Replark, Sika, Tyfo … 3. SöA CH÷A, GIA Cè C¤NG TR×NH X¢Y DùNG B»NG VËT LIÖU FRP T¨ng c-êng kh¶ n¨ng chÞu c¾t Gia cè sµn bª t«ng cèt thÐp vµ chÞu uèn cña dÇm b»ng tÊm FRP Víi c¸c tÝnh chÊt kÓ trªn, ®Æc biÖt lµ kh¶ n¨ng chÞu lùc kÐo rÊt cao, m« ®un ®µn håi rÊt lín, c¸c d¹ng tÊm FRP, v¶i FRP th-êng ®-îc dïng ®Ó söa ch÷a sù gi¶m kh¶ n¨ng chÞu lùc hoÆc h- háng cña c¸c phÇn tö kÕt cÊu b»ng c¸ch d¸n hoÆc bäc bªn ngoµi cÊu kiÖn. Chóng ta cã thÓ sö dông vËt liÖu FRP trong nh÷ng tr-êng hîp sau ®©y: - T¨ng kh¶ n¨ng chÞu c¾t vµ chÞu uèn cña dÇm bª t«ng cèt thÐp ®Ó söa ch÷a, gia cè vµ t¨ng c-êng kh¶ n¨ng chÞu t¶i ®éng. - T¨ng c-êng kh¶ n¨ng chÞu uèn cña sµn bª t«ng cèt thÐp t¹i vïng cã m« men d-¬ng vµ m« men ©m.
www.gia24.vn CỘNG ĐỒNG XÂY DỰNG CHUYÊN NGHIỆP - T¨ng kh¶ n¨ng chÞu uèn vµ bã cét bª t«ng cèt thÐp ®Ó t¨ng c-êng kh¶ n¨ng chÞu lùc vµ chÞu t¶i ®éng. T¨ng c-êng kh¶ n¨ng T¨ng kh¶ n¨ng chÞu lùc, chÞu uèn cña cét chèng næ cho t-êng Trong kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp, ®èi víi t-êng bª t«ng nhÑ vµ t-êng kh«ng cã cèt thÐp nh- c¸c khèi x©y g¹ch, vËt liÖu FRP còng chøng minh lîi Ých b»ng c¸ch t¨ng kh¶ n¨ng chÞu c¾t vµ chÞu uèn. Ngoµi ra, ®èi víi kÕt cÊu t-êng vËt liÖu FRP cßn cã kh¶ n¨ng chèng ch¸y, næ rÊt tèt. C¸c kÕt cÊu sö dông FRP ®Ó t¨ng c-êng kh¶ n¨ng chÞu lùc hoÆc söa ch÷a h- háng còng rÊt ®a d¹ng nh-: t-êng cøng BTCT, dÇm, cét, sµn bÞ khoÐt lç, khèi x©y, tÊm sµn, bÒ mÆt sµn …vµ c¸c d¹ng c«ng tr×nh kh¸c nh- dÇm sµn cÇu, èng khãi, si l«, ®-êng hÇm … Gia cè söa ch÷a dÇm Gia cè söa ch÷a dÇm b»ng Gia cè söa ch÷a b»ng c¸ch bäc v¶i FR c¸ch d¸n c¸c tÊm FRP ë ®¸y dÇm b»ng tÊm FRP D¸n tÊm FRP gia cè sµn D¸n tÊm FRP d-íi ®¸y cÇu Cét trßn gia cè, söa ch÷a bª t«ng t¨ng m« men theo c¸ch ®an vu«ng gãc b»ng tÊm CFRP
www.gia24.vn CỘNG ĐỒNG XÂY DỰNG CHUYÊN NGHIỆP Gia cè cho t-êng g¹ch Gia cè lç th«ng trêi míi Gia cè lç sil« b»ng tÊm FRP b»ng tÊm FRP b»ng thanh FRP Gia cè t-êng ch¾n Gia cè èng khãi Gia cè ®-êng hÇm b»ng tÊm FRP b»ng tÊm FRP b»ng tÊm FRP 4. C¸C PH¦¥NG PH¸P THI C¤NG SöA CH÷A, GIA Cè KÕT CÊU B»NG TÊM FRP Môc ®Ých cña c«ng t¸c thi c«ng söa ch÷a gia cè kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp b»ng tÊm FRP lµ ®Æt tÊm FRP vµo vÞ trÝ cÇn t¨ng c-êng kh¶ n¨ng chÞu lùc víi h-íng sîi phï hîp víi ph-¬ng chÞu lùc ®Ó tËn dông ®-îc kh¶ n¨ng chÞu kÐo vµ ®é bÒn cña sîi FRP ®ång thêi ph¶i ®¶m b¶o cho tÊm FRP kh«ng bÞ t¸ch líp còng nh- t¸ch khái bÒ mÆt bª t«ng. Th«ng th-êng viÖc thi c«ng d¸n tÊm FRP gåm c¸c b-íc: chuÈn bÞ söa ch÷a bÒ mÆt bª t«ng, s¬n lãt t¨ng c-êng ®é b¸m dÝnh, trÐt ph¼ng bÒ mÆt, phñ keo hoÆc nhùa d¸n, ®Æt tÊm d¸n lªn líp keo, chê líp keo kh« víi thêi gian qui ®Þnh råi d¸n c¸c líp tiÕp theo, cuèi cïng ®îi cÊu kiÖn kh« hoµn toµn th× s¬n phñ b¶o vÖ vµ thÈm mü. HiÖn nay phæ biÕn nhÊt lµ hai ph-¬ng ph¸p thi c«ng ®èi víi lo¹i vËt liÖu tÊm (sheet) vµ v¶i (fabric) FRP: d¸n theo ph-¬ng ph¸p kh« (dry lay-up) vµ d¸n theo ph-¬ng ph¸p -ít (wet lay-up). 4.1. Thi c«ng d¸n theo ph-¬ng ph¸p kh« (dry lay-up): Qu¸ tr×nh thi c«ng d¸n tÊm FRP b»ng ph-¬ng ph¸p kh« cã thÓ chia lµm t¸m b-íc: B-íc 1: ChuÈn bÞ bÒ mÆt bª t«ng Tr-íc khi gia cè l¾p ®Æt tÊm FRP th× bÒ mÆt bª t«ng ph¶i ®-îc xö lý kü. Sù nguyªn vÑn cña hÖ tèng phô thuéc vµo chÊt l-îng vµ kh¶ n¨ng chÞu lùc cña bª t«ng ®ñ ®Ó cho liªn kÕt d¸n cña tÊm FRP vµ bª t«ng ®-îc ®¶m b¶o. C¸c vÕt nøt, c¸c m¶nh vôn søt mÎ vµ cèt thÐp bÞ gØ cÇn ph¶i ®-îc S¬n lãt kÕt cÊu chó ý tr-íc khi thi c«ng l¾p ®Æt tÊm FRP. C¸c søt mÎ vµ c¸c lo¹i h- háng kh¸c cÇn ph¶i ®-îc lo¹i bá vµ ®-îc v¸ l¹i víi c¸c lo¹i v÷a söa ch÷a
www.gia24.vn CỘNG ĐỒNG XÂY DỰNG CHUYÊN NGHIỆP phï hîp. TÊt c¶ c¸c vÕt nøt cã bÒ réng lín h¬n 0,01in (0,25mm) cÇn ph¶i ®-îc b¬m ªpoxy ®Ó söa ch÷a. B-íc 2: S¬n lãt kÕt cÊu cÇn gia cè. S¬n lãt bÕ mÆt bª t«ng cÇn gia cè b»ng c¸ch dïng cä l¨n ng¾n hoÆc trung b×nh. B-íc 3: Phñ bét trÐt lµm ph¼ng bÒ mÆt. Phñ bét trÐt lµm ph¼ng Bét trÐt ®-îc trÐt b»ng c¸c bay cÇm tay. Bét trÐt ®-îc sö dông ®Ó lµm ph¼ng bÒ mÆt vµ lÊp c¸c khuyÕt tËt; viÖc bao phñ hoµn toµn th× kh«ng cÇn thiÕt. Bét trÐt cã thÓ trÐt lªn bÒ mÆt s¬n lãt cßn -ít kh«ng cÇn ®îi s¬n kh«. B-íc 4: Phñ líp keo thø nhÊt. Keo ®-îc quÐt lªn bÒ mÆt ®· ®-îc s¬n lãt vµ lµm ph¼ng b»ng cä l¨n. Th«ng th-êng nªn l¨n líp keo dµy kho¶ng 15mil ®Õn 20mil tïy thuéc lo¹i keo. L-îng keo sö dông còng phô thuéc vµo tõng lo¹i FRP Phñ líp keo thø nhÊt ®-îc sö dông. B-íc 5: D¸n tÊm FRP. TÊm FRP cÇn ®-îc ®o vµ c¾t s½n tr-íc khi ®Æt lªn bÒ mÆt cÇn gia cè. TÊm FRP ®-îc ®Æt lªn bÒ mÆt bª t«ng vµ ®-îc Ên nhÑ nhµng vµo líp keo d¸n. Tr-íc khi lét líp giÊy d¸n mÆt sau, dïng con l¨n b»ng cao su l¨n theo h-íng sîi cho keo dÔ dµng ngÊm vµo c¸c sîi riªng rÎ. Cä l¨n kh«ng bao giê ®-îc l¨n theo h-íng D¸n tÊm FRP vu«ng gãc víi h-íng sîi ®Ó tr¸nh sîi cã thÓ bÞ háng. B-íc 6: Phñ líp keo thø hai. Líp keo thø hai cã thÓ ®-îc phñ lªn sau 30 phót kÓ tõ khi ®Æt vµ l¨n tÊm FRP. §Õn lóc nµy líp keo ®Çu tiªn ®· rót hÕt vµo vµo tÊm FRP. Líp keo thø hai ®-îc quÐt lªn tÊm FRP b»ng cä l¨n cì trung víi chiÒu dµy kho¶ng 15mil ®Õn 20mil. Phñ líp keo thø hai Neo b»ng sîi thñy tinh L¾p ®Æt neo sîi thñy tinh
www.gia24.vn CỘNG ĐỒNG XÂY DỰNG CHUYÊN NGHIỆP Neo b»ng bu l«ng neo Neo b»ng b¶n thÐp 4.2. Qu¸ tr×nh thi c«ng d¸n tÊm FRP theo kiÓu -ít (wet lay-up): Ph-¬ng ph¸p d¸n tÊm FRP theo kiÓu -ít vÒ tr×nh tù rÊt gièng víi ph-¬ng ph¸p kh«. Tuy nhiªn ph-¬ng ph¸p -ít cã kh¸c biÖt trong b-íc thoa keo nhóng nhùa tÊm FRP. Khi d¸n tÊm FRP b»ng ph-¬ng ph¸p -ít ta chØ sö dông tÊm v¶i FRP d¹ng kh« ch-a tÈm nhùa. TÊm FRP kh« sÏ ®-îc tÈm ®Ém nhùa ®Õn khi b¶o hßa vµ ®-îc d¸n lªn bÒ mÆt bª t«ng ®· ®-îc xö lý kü. ¦u ®iÓm cña ph-¬ng ph¸p d¸n -ít lµ cã thÓ sö dông cho cÊu kiÖn cã kÝch th-íc lín (cét ®-êng kÝnh lín, mÆt ®¸y sµn, d¸n bäc ba mÆt dÇm), liªn kÕt gi÷a líp FRP víi bÒ mÆt bª t«ng còng nh- liªn kÕt gi÷a c¸c tÊm FRP ®-îc ®¶m b¶o h¬n, sÏ Ýt cã tr-êng hîp bÞ ph¸ ho¹i liªn kÕt. Tuy nhiªn, khi dïng ph-¬ng ph¸p d¸n -ít sÏ s÷ dông mét l-îng keo d¸n rÊt lín nªn thêi gian ®îi cho tÊm FRP kh« keo sÏ l©u h¬n lµm cho thêi gian thi c«ng kÐo dµi h¬n. Qu¸ tr×nh thoa keo tÈm nhùa cho tÊm FRP cã thÓ sö dông m¸y tÈm nhùa ®èi víi tÊm v¶i FRP cã bÒ réng lín hoÆc cã thÓ dïng ph-¬ng ph¸p thñ c«ng b»ng tay ®èi víi tÊm FRP cã bÒ réng nhá. C¸c b-íc tiÕn hµnh t-¬ng tù nh- ph-¬ng ph¸p thi c«ng d¸n kh«. Sau ®©y lµ qu¸ tr×nh d¸n tÊm FRP theo ph-¬ng ph¸p -ít: Sau khi chuÈn bÞ bÒ mÆt, chØ cÇn TÈm nhùa vµo tÊm FRP ®Õn khi tiÕn hµnh l¨n keo lªn bÒ mÆt bª t«ng b¶o hoµ tr-íc khi d¸n vµo cét
www.gia24.vn CỘNG ĐỒNG XÂY DỰNG CHUYÊN NGHIỆP D¸n tÊm FRP ®· tÈm nhùa lªn bÒ mÆt Sau khi keo kh«, tiÕn hµnh s¬n bª t«ng ®· ®-îc s¬n keo b¶o vÖ bÒ mÆt tÊm FRP 5. ¦U §IÓM Vµ NH¦îC §IÓM CñA PH¦¥NG PH¸P SöA CH÷A, GIA Cè B»NG TÊM FRP 5.1. ¦u ®iÓm ¦u ®iÓm cña ph-¬ng ph¸p söa ch÷a, gia cè kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp b»ng tÊm FRP ®-îc thÓ hiÖn râ ë hai mÆt ®ã lµ -u ®iÓm cña vËt liÖu FRP vµ -u ®iÓm cña ph-¬ng ph¸p thi c«ng l¾p ®Æt tÊm FRP. Nhê tËn dông ®-îc c¸c tÝnh chÊt -u viÖt cña vËt liÖu FRP nh- kh¶ n¨ng chÞu lùc vµ m« ®un ®µn håi rÊt cao, khèi l-îng nhÑ, cã tÝnh chèng ¨n mßn cao, c¸ch ®iÖn, c¸ch nhiÖt tèt vµ ®Æc biÖt cã kh¶ n¨ng ®ång nhÊt lµm viÖc víi c¸c kÕt cÊu lµm b»ng bª t«ng, bª t«ng cèt thÐp, thÐp, gç … ®· gióp cho ph-¬ng ph¸p söa ch÷a, gia cè kÕt cÊu b»ng tÊm FRP trë thµnh mét gi¶i ph¸p chän lùa tèt khi chän ph-¬ng ¸n söa ch÷a, gia cè c«ng tr×nh. MÆt kh¸c, do vËt liÖu FRP ®-îc s¶n xuÊt ®a d¹ng vÒ chñng lo¹i sîi vµ ®-îc dÖt theo nhiÒu d¹ng kh¸c nhau nªn cã thÓ dÔ d¹ng chän lùa chñng lo¹i FRP gióp tiÕt kiÖm ®-îc vËt liÖu. Ngoµi ra, ph-¬ng ph¸p thi c«ng l¾p ®Æt tÊm FRP còng rÊt dÔ dµng, kh«ng ®ßi hái ph¶i cÇn thiÕt nhiÒu nh©n c«ng, m¸y mãc thiÕt bÞ. Qu¸ tr×nh thi c«ng diÔn ra nhanh chãng, Ýt bÞ chó ý nªn gi¶i quyÕt ®-îc vÊn ®Ò thi c«ng söa ch÷a khi c«ng tr×nh vÉn ®ang ho¹t ®éng. Khèi l-îng gia cè còng rÊt nhá, kh«ng ®¸ng kÓ, c«ng tr×nh nhanh ®i vµo ho¹t ®éng sau khi söa ch÷a, gia cè. Ngoµi c¸c -u ®iÓm trªn, ph-¬ng ph¸p söa ch÷a, gia cè kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp b»ng tÊm FRP cßn lµm cho cÊu kiÖn cÇn söa ch÷a, gia cè kh«ng t¨ng kÝch th-íc tiÕt diÖn, kh«ng lµm thay ®æi ®Õn mü quan c«ng tr×nh, kh«ng ¶nh h-ëng ®Õn c«ng n¨ng sö dông cña c«ng tr×nh. KÕt hîp -u ®iÓm cña vËt liÖu vµ -u ®iÓm cña ph-¬ng ph¸p thi c«ng ®· lµm cho ph-¬ng ph¸p söa ch÷a, gia cè kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp b»ng tÊm FRP v-ît tréi h¬n c¸c ph-¬ng ph¸p kh¸c vµ trë thµnh mét gi¶i ph¸p hµng ®Çu khi söa ch÷a, gia cè c«ng tr×nh. 5.2. Nh-îc ®iÓm HiÖn nay, vËt liÖu FRP vÉn cßn cã gi¸ thµnh cao nªn chi phÝ khi sö dông ph-¬ng ph¸p d¸n tÊm FRP sö dông trong c«ng t¸c söa ch÷a, gia cè c¸c c«ng tr×nh x©y dùng d©n dông vÉn cßn t-¬ng ®èi cao h¬n c¸c ph-¬ng ph¸p bäc ngoµi b»ng bª t«ng cèt thÐp hoÆc thÐp. Tuy nhiªn, trong c¸c tr-êng hîp söa ch÷a, gia cè cÇu l¹i cã kinh phÝ thÊp
www.gia24.vn CỘNG ĐỒNG XÂY DỰNG CHUYÊN NGHIỆP h¬n so víi ph-¬ng ph¸p øng lùc. Mét khuyÕt ®iÓm ®¸ng chó ý khi sö dông ph-¬ng ph¸p d¸n tÊm FRP söa ch÷a, gia cè cho c¸c cÊu kiÖn bª t«ng cèt thÐp lµ vÊn ®Ò ph¸ ho¹i cña liªn kÕt keo d¸n vµ bÞ ph¸ ho¹i bëi tia UV. Tuy nhiªn, c¸c khuyÕt ®iÓm trªn cã thÓ ®-îc kh¾c phôc. Trong thêi gian tíi gi¸ thµnh cña vËt liÖu FRP sÏ gi¶m xuèng do sù c¶i tiÕn trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt vµ nhu cÇu sö dông ngµy cµng t¨ng. §Ó ng¨n ngõa vµ gi¶m thiÓu vÊn ®Ò ph¸ ho¹i liªn kÕt chóng ta cã thÓ tiÕn hµnh xö lý kü bÒ mÆt bª t«ng, tÝnh to¸n thiÕt kÕ vµ bè trÝ c¸c d¹ng neo chèng l¹i hiÖn t-îng t¸ch líp khi d¸n. ViÖc kh¾c phôc ph¸ ho¹i cña tia UV cã thÓ ®-îc ng¨n chÆn b»ng c¸c s¬n lªn bÒ mÆt tÊm FRP mét líp s¬n ®Æc biÖt chèng l¹i sù ph¸ ho¹i cña tia UV. 6.KH¶ N¡NG CHÞU UèN CñA DÇM B£ T¤NG CèT THÐP GIA Cè B»NG FRP Ph-¬ng ph¸p tÝnh nµy dùa theo ACI 318-85 (1999). Qu¸ tr×nh tÝnh to¸n thiÕt kÕ kh¶ n¨ng chÞu lùc cña dÇm bª t«ng cèt thÐp gia cè b»ng FRP nh- sau: 1. B-íc thø nhÊt: TÝnh to¸n s¬ bé chän sè líp FRP cÇn thiÕt. - Kh¶ n¨ng chÞu uèn cña dÇm bª t«ng cèt thÐp cò:  a As f y M n  As f y  d   víi a  vµ   0,9  2 0,85 f c' b NÕu M n  M u th× kh«ng cÇn gia cè, nÕu M n  M u th× cÇn ph¶i gia cè. T M  M n - DiÖn tÝch tÊm FRP cÇn thiÕt ®Ó gia cè: A f  víi T  u  0,85 f fu 0,9 d Af TÝnh to¸n sè líp tÊm FRP: n f  ; chän nf lµ sè nguyªn. wf tf S¬ ®å mÆt c¾t dÇm bª t«ng cèt thÐp gia cè b»ng tÊm FRP theo ACI 318-95 (1999) 2. B-íc thø hai: TÝnh to¸n biÕn d¹ng ban ®Çu ë ®¸y dÇm t¹i thêi ®iÓm thi c«ng d¸n tÊm FRP. - X¸c ®Þnh tr¹ng th¸i lµm viÖc cña bª t«ng t¹i thêi ®iÓm thi c«ng d¸n tÊm FRP. Trong tr-êng hîp M cr  M ip bª t«ng ®ang lµm viÖc ë tr¹ng th¸i nøt (cracked) vµ nÕu M cr  M ip th× bª t«ng lµm viÖc ë tr¹ng th¸i kh«ng nøt (uncracked). Ig - M« men nøt cña dÇm bª t«ng: M cr  f r S m víi f r  7,5 f c' vµ S m  h2
www.gia24.vn CỘNG ĐỒNG XÂY DỰNG CHUYÊN NGHIỆP - BiÕn d¹ng ban ®Çu cña bª t«ng t¹i mÆt d-íi cña dÇm ë tr¹ng th¸i M ip h  kd  nøt:  bi  I cr E c E s E c  As   2 b  E s E c  A s d 2  E s E c  A s víi kd  b vµ I cr b kd   bkd  kd   E s A d  kd 2 3 2   s 12  2  Ec - BiÕn d¹ng ban ®Çu cña dÇm bª t«ng dù øng lùc ë tr¹ng th¸i kh«ng nøt: M ip cb Pe    bi    1  ec b  I g Ec Ac E c  2  rg   3. B-íc thø ba: X¸c ®Þnh m« h×nh ph¸ ho¹i cña dÇm bª t«ng cèt thÐp gia cè b»ng FRP. h  c - NÕu  fu   bi   cu   , dÇm ph¸ ho¹i theo m« h×nh bª t«ng bÞ vì (crushing  c  concrete). h  c - NÕu  fu   bi   cu   , dÇm ph¸ ho¹i theo m« h×nh tÊm FRP bÞ ®øt (FRP  c  rupture). Ta gi¶ ®Þnh gi¸ trÞ c = 0,15d ®Ó tÝnh to¸n x¸c ®Þnh m« h×nh ph¸ ho¹i cña dÇm. Gi¸ trÞ chÝnh x¸c sÏ ®-îc x¸c ®Þnh ë c¸c b-íc tÝnh sau. Tr-êng hîp thø nhÊt: Khi dÇm FRP bÞ ph¸ ho¹i theo m« h×nh bª t«ng bÞ vì (crushing concrete). Khi kÕt cÊu bÞ ph¸ ho¹i theo m« h×nh bª t«ng bÞ vì (crushing concrete), biÕn d¹ng cña bª t«ng ë tr¹ng th¸i ph¸ ho¹i sÏ ®¹t gi¸ trÞ biÕn d¹ng lín nhÊt cho phÐp c = cu. Mµ theo ACI 318-85 (1999) th× gi¸ trÞ cu ®-îc lÊy lµ 0,003. Dùa vµo biÓu ®å biÕn d¹ng ta cã thÓ x¸c ®Þnh lÇn l-ît c¸c gi¸ trÞ. d c - BiÕn d¹ng cña cèt thÐp chÞu kÐo:  s   cu    c   c  d'  - BiÕn d¹ng cña cèt thÐp chÞu nÐn:  s'   cu   c     h c - BiÕn d¹ng cña tÊm FRP ®-îc tÝnh nh- sau:  f   cu     bi  c  Bëi v× khi nµy bª t«ng ë tr¹ng th¸i biÕn d¹ng lín nhÊt cho phÐp nªn phÇn h×nh ch÷ nhËt øng suÊt chÞu nÐn cña bª t«ng cã thÓ lÊy theo ACI 318-85 (1999) t¹i môc 10.2.7.3. f c'  4000 - Khi nµy gi¸ trÞ  = 0,85 vµ  1  0,85  0,05 víi ®iÒu kiÖn 0,65   1  0,85 1000 - øng suÊt cña cèt thÐp chÞu kÐo: f s  E s  s  f y - øng suÊt cña cèt thÐp chÞu nÐn: f s'  E s s'  f y
www.gia24.vn CỘNG ĐỒNG XÂY DỰNG CHUYÊN NGHIỆP - øng suÊt cña tÊm FRP: f f  E f  f Khi nµy gi¸ trÞ gi¶ ®Þnh ban ®Çu cña c sÏ ®-îc x¸c ®Þnh vµ kiÓm tra l¹i theo c«ng thøc: As f s  As' f s'  A f f f c 0,85 f c'  1 b Sau khi x¸c ®Þnh ®-îc gi¸ trÞ c theo c«ng thøc trªn ta cÇn kiÓm tra l¹i ®iÒu kiÖn ph¸ ho¹i cña dÇm theo m« h×nh ph¸ ho¹i do bª t«ng vì (crushing concrete) hoÆc ph¸ ho¹i do tÊm FRP bÞ ®øt (FRP rupture). NÕu gi¸ trÞ c t×m ®-îc theo c«ng thøc trªn ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn m« h×nh ph¸ ho¹i do bª t«ng vì (crushing concrete) th× sÏ sö dông c cho c¸c b-íc tÝnh sau. Cßn nÕu kh«ng tháa th× chuyÓn sang tÝnh to¸n theo m« h×nh ph¸ ho¹i do tÊm FRP bÞ ®øt (FRP rupture). Tr-êng hîp thø hai: Khi dÇm FRP bÞ ph¸ ho¹i theo m« h×nh tÊm FRP bÞ ®øt (FRP rupture). Qu¸ tr×nh tÝnh to¸n trong tr-êng hîp dÇm ph¸ ho¹i theo m« h×nh tÊm FRP bÞ ®øt (FRP rupture) t-¬ng tù nh- tr-êng hîp trªn. Khi nµy biÕn d¹ng cña FRP sÏ ®¹t gi¸ trÞ biÕn d¹ng lín nhÊt cho phÐp. Gi¸ trÞ nµy ®-îc x¸c ®Þnh theo lo¹i vËt liÖu FRP vµ do nhµ s¶n xuÊt cung cÊp. Dùa vµo f = fu ta cã: - BiÕn d¹ng cña tÊm FRP:  f   fu   b   bi  c  - BiÕn d¹ng cña bª t«ng:  c   fu   bi     h  c d  c - BiÕn d¹ng cña cèt thÐp chÞu kÐo:  s   fu   bi     hc  c  d'  - BiÕn d¹ng cña cèt thÐp chÞu nÐn:  s'   fu   bi      hc  øng suÊt cña cèt thÐp chÞu nÐn vµ chÞu kÐo ®-îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (5.20) vµ (5.21). §èi víi bª t«ng khi nµy biÕn d¹ng ch-a ®¹t ®Õn gi¸ trÞ cho phÐp lín nhÊt nªn phÇn øng suÊt chÞu nÐn cña bª t«ng lÊy theo Whitney (dïng trong ACI 318-85 (1999)) lµ kh«ng thÝch hîp. Khi nµy ®Ó x¸c ®Þnh tæng lùc nÐn cña phÇn bª t«ng sÏ ®-îc x¸c ®Þnh dùa theo c«ng thøc cña Todeschini (1964). Khi nµy ta cã: 1  2    4  c  c'  tan 1  c  c'    c '   c ln 1   c  ' 2 c     0,90 ln 1   c  c'   2  1  c  c'  1,71 f c' víi  c'  Ec  vµ gi¸ trÞ tan 1  c  c' tÝnh b»ng radian.  5.43 Dïng ph-¬ng ph¸p c©n b»ng lùc ta x¸c ®Þnh chiÒu cao gi¶ ®Þnh c nh- sau:
www.gia24.vn CỘNG ĐỒNG XÂY DỰNG CHUYÊN NGHIỆP As f s  As' f s'  A f f f c f c'  1 b Sau khi tÝnh to¸n gi¸ trÞ c theo c«ng thøc trªn ta ph¶i kiÓm tra ®iÒu kiÖn ph¸ ho¹i cña dÇm. NÕu ®¶m b¶o ®iÒu kiÖn dÇm ph¸ ho¹i theo m« h×nh tÊm FRP bÞ ®øt (FRP rupture) th× ta cã thÓ tiÕp tôc tÝnh to¸n t×m gi¸ trÞ cña c b»ng c¸ch lÊy gi¸ trÞ trung b×nh cña c võa t×m ®-îc vµ gi¸ trÞ c gi¶ ®Þnh ban ®Çu lµm mét gi¸ trÞ c gi¶ ®Þnh míi ®Ó tiÕp tôc tÝnh to¸n l¹i ®Ó t×m gi¸ trÞ c míi. Gi¸ trÞ c cÇn t×m sÏ ®-îc x¸c ®Þnh khi nã gÇn b»ng víi gi¸ trÞ c gi¶ ®Þnh víi mét sai sè cho phÐp vµ sÏ ®-îc dïng cho c¸c b-íc tÝnh sau. 4. B-íc thø t-: X¸c ®Þnh kh¶ n¨ng chÞu lùc cña dÇm bª t«ng cèt thÐp gia cè b»ng FRP. Kh¶ n¨ng chÞu lùc cña dÇm bª t«ng cèt thÐp gia cè b»ng FRP ®-îc tÝnh to¸n theo c«ng thøc sau:   c  c    c M n  As f s  d  1   As' f s'  1  d '   0,85 A f f f  h  1   2   2   2  Kh¶ n¨ng chÞu lùc cña dÇm lµ Mn ph¶i lín h¬n m« men uèn tÝnh to¸n Mu (cã hÖ sè).  0,90 khi  s  2 sy    Gi¸ trÞ  khi nµy ®-îc x¸c ®Þnh nh- sau:   0,50  0,20 s khi  sy   s  2 sy   sy  0,70 khi  s   sy  5. B-íc thø n¨m: KiÓm tra kh¶ n¨ng lµm viÖc kÕt cÊu khi ®· d¸n tÊm FRP vµ chÞu t¶i. - ChiÒu cao trôc khi bÞ nøt kd x¸c ®Þnh tõ c«ng thøc: kd 2 b  E s As d  kd   Ef A f h  kd   0 2 Ec Ec - øng suÊt kÐo cña cèt thÐp ë tr¹ng th¸i chÞu m« men Ms (kh«ng nh©n hÖ sè) ph¶i tháa ®iÒu kiÖn: fs  M s   bi A f E f h  kd 3d  kd Es  0,80 f y    As E s d  kd 3 d  kd   As' E s kd 3  d ' kd  d '  A f E f h  kd 3 h  kd  kd  d ' - øng suÊt nÐn cña cèt thÐp khi nµy ph¶i tháa ®iÒu kiÖn: f s'  f s  0,40 f y d  kd E  kd  E  d  kd  0,5 f c ' - øng suÊt cña bª t«ng ph¶i tháa ®iÒu kiÖn: f c  f s  c   s - øng suÊt cña tÊm FRP ph¶i tháa ®iÒu kiÖn:  Ef  h  kd f f  fs  E  d  kd   bi E f  0,33C D C E f fu   s  Gi¸ trÞ CD = 1,00 vµ CE = 0,65 ~ 1,00 ®èi víi sîi C¸c bon (Carbon Fibre). Gi¸ trÞ CD = 0,30 vµ CE = 0,60 ~ 1,00 ®èi víi sîi Thñy tinh (Glass Fibre).
www.gia24.vn CỘNG ĐỒNG XÂY DỰNG CHUYÊN NGHIỆP 7. KH¶ N¡NG CHÞU LùC CéT B£ T¤NG CèT THÐP GIA Cè B»NG FRP §Ó tÝnh to¸n kh¶ n¨ng chÞu lùc cña cét bª t«ng cèt thÐp gia cè b»ng FRP chÞu nÐn ®óng t©m theo theo ACI 318-95 (1999) ng-êi ta dùa theo c«ng thøc tÝnh to¸n kh¶ n¨ng chÞu nÐn cña bª t«ng bÞ bã b»ng FRP cña Saadatmanesh (1994) hoÆc c«ng thøc cña Saaman (1998). C«ng thøc tÝnh to¸n kh¶ n¨ng chÞu nÐn cña bª t«ng bÞ bã b»ng FRP tæng qu¸t cho c¶ hai lo¹i tiÕt diÖn trßn vµ ch÷ nhËt theo hai t¸c gi¶ trªn lÇn l-ît nh- sau: 7.1. TÝnh to¸n kh¶ n¨ng chÞu nÐn cña bª t«ng bÞ bã b»ng FRP theo Saaman (1998): C«ng thøc tÝnh to¸n kh¶ n¨ng chÞu nÐn cña bª t«ng bÞ bã b»ng FRP cña Saaman (1998) d¹ng tæng qu¸t nh- sau: 0, 7 f cc  f c'  3,38 f r (ksi) ' 2 f fu t wf - §èi víi tiÕt diÖn trßn: f r  D - §èi víi tiÕt diÖn ch÷ nhËt: f r  max f rx , f ry ; víi c¸c gi¸ trÞ frx, fry theo c¸c c«ng thøc: Ae t wf f rx   fx f fu ;  fx  2 Ac tx A t wf f ry  e  fy f fu ;  fy  2 Ac ty víi Ae lµ diÖn tÝch tiÕt diÖn chÞu t¸c dông bã cña FRP cña tiÕt diÖn ch÷ nhËt, theo Sheikh vµ Uzumeri (1980) ta cã thÓ tÝnh Ae theo c«ng thøc sau: 2 2  wx  wy  Ae  t x t y     Asc  4   r 2  3     fu E f vµta còng cã f fu  ; f = 1,1 ®èi víi vËt liÖu CFRP vµ f = 1,8 ®èi víi vËt liÖu f GFRP. Gi¸ trÞ fu cã thÓ lÊy b»ng 0,3% ~ 0,5% tøc lµ 0,003 ~ 0,005 theo Restrepol vµ De Vino (1996). 7.2. Kh¶ n¨ng chÞu lùc cét bª t«ng cèt thÐp gia cè b»ng FRP chÞu nÐn ®óng t©m: Theo ACI 318-95 (1999) ta cã c«ng thøc tÝnh to¸n kh¶ n¨ng chÞu lùc cña bª t«ng kh«ng bÞ bã chÞu nÐn ®óng t©m theo c«ng thøc sau ®©y: Pn  0,85 f c'  Ac  As   As f y C«ng thøc tÝnh to¸n kh¶ n¨ng chÞu lùc cña cét bª t«ng cèt thÐp gia cè b»ng FRP chÞu nÐn ®óng t©m nh- sau: Pn  0,85 f c'  Ac  Ae  As   0,85 f cc Ae  As f y ' 8. KÕT LUËN KIÕN NGHÞ Ph-¬ng ph¸p söa ch÷a, gia cè c«ng tr×nh bª t«ng cèt thÐp b»ng tÊm d¸n FRP ®· ®-îc sö dông réng r·i t¹i NhËt B¶n, Mü, Ch©u ¢u ... vµ ®· b¾t ®Çu xuÊt hiÖn ë c¸c n-íc §«ng Nam ¸ lËn cËn ViÖt Nam. Trong néi dung b¸o c¸o chØ ®Ò cËp nghiªn cøu t×m
www.gia24.vn CỘNG ĐỒNG XÂY DỰNG CHUYÊN NGHIỆP hiÓu vÒ ph-¬ng ph¸p míi nµy nh»m cã thÓ ¸p dông söa ch÷a, gia cè c¸c c«ng tr×nh bª t«ng cèt thÐp. Qua nghiªn cøu chóng ta cã thÓ nhËn thÊy râ ®-îc c¸c -u ®iÓm cña ph-¬ng ph¸p söa ch÷a, gia cè b»ng tÊm d¸n FRP ë c¸c mÆt: vËt liÖu FRP cã c-êng ®é vµ ®é bÒn rÊt cao, khèi l-îng riªng thÊp, thi c«ng dÔ dµng nhanh chãng, Ýt tèn nh©n c«ng, kh«ng cÇn m¸y mãc ®Æc biÖt, cã thÓ thi c«ng trong ®iÒu kiÖn mÆt b»ng chËt hÑp, kh«ng ¶nh h-ëng ®Õn xung quanh nªn cã thÓ tiÕn hµnh thi c«ng khi c«ng tr×nh vÉn tiÕp tôc ho¹t ®éng, khèi l-îng gia cè thÊp, kh«ng lµm thay ®æi kiÕn tróc vµ c«ng n¨ng cña c«ng tr×nh, ®¶m b¶o tÝnh mü thuËt cao, kh«ng cÇn b¶o tr×. ViÖc nghiªn cøu cña ®Ò tµi cung cÊp thªm th«ng tin vÒ vËt liÖu FRP, c¸c ph-¬ng ph¸p thi c«ng vµ c¸c c«ng thøc tÝnh to¸n thiÕt kÕ söa ch÷a, gia cè c«ng tr×nh bª t«ng cèt thÐp b»ng tÊm d¸n FRP. Néi dung ®Ò tµi ®Ò cËp ®Õn viÖc ¸p dông ph-¬ng ph¸p söa ch÷a, gia cè c«ng tr×nh bª t«ng cèt thÐp b»ng tÊm d¸n FRP cho tÊt c¶ c¸c lo¹i cÊu kiÖn dÇm, b¶n, cét. ViÖc ¸p dông ph¸t triÓn ph-¬ng ph¸p söa ch÷a, gia cè c«ng tr×nh bª t«ng cèt thÐp b»ng tÊm d¸n FRP trong ®iÒu kiÖn t¹i ViÖt Nam ®· vµ ®ang x©m nhËp vµo thÞ tr-êng x©y dùng ë ViÖt nam nh- söa ch÷a c¸c ®µi n-íc cã tõ tr-íc nh÷ng n¨m 1975 hoÆc nh- ®-îc sö dông trong c«ng tr×nh Mª Linh Point t¹i TP HCM. Chóng t«i tin r»ng ph-¬ng ph¸p söa ch÷a b»ng vËt liÖu FRP sÏ cã chç ®øng cao khi mäi ng-êi hiÓu râ vÒ c¸c tÝnh chÊt -u viÖt cña ph-¬ng ph¸p nµy. TµI LIÖU THAM KH¶O 1. J.G. Teng, J.F. Chen, S.T. Smith and L. Lam, 2002, “FRP Strengthened RC Structure”, John Wiley & Sons, 236 p. 2. BS 8110, 1997, “Structural Use of Concrete, Part 1. Code of Practice for Design and Construction (BS 8110-97)”, British Standard Institution, London, UK, 121p. 3. ACI Committee 318-95, 1999, “Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-95) and Commentary (318R-95)”, American Concrete Institute (ACI), Fifth Printing, Farmington Hills, Michigan, USA, 369 pp. 4. ACI Committee 440R, 1996, “State-of-the-Art Report on Fiber Reinforced Plastic (FRP) for Concrete Structures”, ACI Manual of Concrete Practice, Part 5, American Concrete Institute, Detroit, MI, 68 pp. 5. ACI Committee 440H, 2000, “Guide for the Design and Construction of Concrete Reinforced with FRP Bars”, American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich, 97 pp. 6. Arthur H. Nilson, 1997, “Design of concrete structures”, Twelfth Edition, The McGraw-Hill, 780 p. 7. W.H. Mosley and J.H. Bungey, 1993, “Reinforced concrete design”, Fourth Edition, Macmillan, 388 p. 8. Mahmoud T. El-Mihilmy and Joseph W. Tedesco, 2000, “Analysis of Reinforced Concrete Beams Strengthned with FRP Laminates”, Journal of Structural Engineering, June 2000, pp. 684- 691. 9. Vistasp M. Karbhari, 1998, “Use of Composite Materials in Civil Infrastructure in Japan”, October 1998.
www.gia24.vn CỘNG ĐỒNG XÂY DỰNG CHUYÊN NGHIỆP 10. Masterbuilders Inc., 1998, “MBrace Composite Strengthening System Engineering Design Guidelines”, 2nd Edition, Masterbuilders Inc., Cleveland, Ohio, 125 p.