Bài viết này trình bày một nghiên cứu thực nghiệm về sự làm việc chịu uốn của dầm bê tông cốt thủy tinh (GFRP) và cốt thủy tinh kết hợp cốt thép so với dầm bê tông cốt thép. Sáu dầm bê tông được gia cường bởi cốt thép và cốt GFRP đã được thí nghiệm cho đến khi dầm bị phá hoại. Ứng xử của dầm trước và sau khi nứt, từ khi cốt thép chảy dẻo đến khi dầm bị phá hoại được trình bày thông qua quan hệ tải trọng - độ võng.
Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM LÀM VIỆC DẦM BÊ TƠNG CĨ CỐT POLYME SỢI THỦY TINH SO VỚI DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP Lê Công Bằng*, Nguyễn Lâm Bình, Trịnh Minh Duy, Trần Ngọc Thạch, Nguyễn Mai Chí Trung Trường Đại học Quy Nhơn *Tác giả liên lạc: congbang2258@gmail.com TÓM TẮT Bài báo trình bày nghiên cứu thực nghiệm làm việc chịu uốn dầm bê tông cốt thủy tinh (GFRP) cốt thủy tinh kết hợp cốt thép so với dầm bê tông cốt thép Sáu dầm bê tông gia cường cốt thép cốt GFRP thí nghiệm dầm bị phá hoại Ứng xử dầm trước sau nứt, từ cốt thép chảy dẻo đến dầm bị phá hoại trình bày thơng qua quan hệ tải trọng - độ võng Kết thí nghiệm cho thấy khả chịu lực dầm có cốt GFRP lớn gần hai lần so với dầm bê tông cốt thép Từ khóa: Cốt sợi thủy tinh (GFRP), cốt thép, độ võng, bề rộng vết nứt AN EXPERIMENTAL STUDY ON THE BEHAVIOUR OF GLASS FIBER-REINFORCED POLYMER (GFRP) RC BEAM IN COMPARISON WITH STEEL RC BEAM Le Cong Bang*, Nguyen Lam Binh, Trinh Minh Duy, Tran Ngoc Thach, Nguyen Mai Chi Trung Quy Nhon University *Corresponding Author: congbang2258@gmail.com ABSTRACT This paper presents an experimental study on the behaviour of glass fiberreinforced polymer (GFRP) RC beam in comparison with steel RC beam Six concrete beams are reinforced by reinforcing bars and GFRP reinforcement These beams were tested until they were collapsed The behaviour of the beams post- and pre-cracking, yielding steel and failure are presented through the load – deflection relationship Experimental results show that the bearing capacity of GFRP beams is nearly double that of the RC beams Keywords: Glass fiber-reinforced polymer (GFRP), steel, deflection, crack width TỔNG QUAN Cốt thủy tinh (GFRP) vật liệu composit chế tạo sử dụng từ thập niên 70 kỷ 20 Mỹ, sau nghiên cứu phát triển nhiều nước khác giới như: Trung Quốc (1982), nước Châu Âu (1986) Nhật Bản (1990) (Lau et al., 2010; Nguyễn Hiệp Đồng cộng sự, 2016; Trần Ngọc Thạch cộng sự, 2018) Ưu điểm cốt GFRP: cường độ chịu kéo cao gấp ba đến bốn lần có khối lượng riêng 1/4 đến 1/6 (GFRP: 1,25-2,1 g/cm3) so với cốt thép thường (Thép: 7,9 g/cm3), bền môi trường axit bazơ, khơng có tính nhiễm từ Cốt GFRP phù hợp với môi trường chịu xâm thực mạnh công trình vùng ven biển, hải đảo nước ta Nhược điểm cốt GFRP: làm việc 607 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 đàn hồi bị đứt, khơng có thềm chảy, hình Mơ đun đàn hồi thấp vết nứt kết cấu bê tơng cốt GFRP hình thành sớm rộng so với kết cấu bê tông cốt thép (BTCT), đồng thời cốt GFRP chịu lửa Hiện nay, nhiều quốc gia giới sử dụng polymer cốt sợi thủy tinh (Glass Fiber Reinforced Polymer – FRP) để làm cốt gia cường cho kết cấu bê tông Trong loại kết cấu bê tông sử dụng cốt GFRP, cấu kiện chịu uốn dầm, sử dụng phổ biến phát huy đặc tính GFRP có cường độ chịu kéo cao, cường độ chịu nén thấp Sự phá hoại kéo đứt GFRP tương đối đột ngột Do đó, tiêu chuẩn nhiều nước xem trường hợp phá hoại nguy hiểm Kỷ yếu khoa học phá hoại giịn vỡ bê tơng vùng nén (Nguyễn Hùng Phong, 2014) Ở nước ta, gần GFRP chế tạo Việc nghiên cứu để nâng cao hiệu sử dụng GFRP xây dựng cơng trình cần thiết Với giúp đỡ cung cấp GFRP từ Trường Đại học Giao thông vận tải, nhóm tác giả tiến hành nghiên cứu thực nghiệm cho sáu dầm BTCT, dầm BTCT kết hợp cốt GFRP dầm bê tông cốt GFRP Nghiên cứu thực phịng thí nghiệm kết cấu cơng trình Trường Đại học Quy Nhơn, phân tích ứng xử khả chịu lực dầm, qua đưa khuyến nghị cho việc thiết kế thi công dầm bê tông cốt GFRP đạt hiệu cao Hình Biểu đồ ứng suất - biến dạng VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Vật liệu Mẫu thí nghiệm sáu dầm bê tơng có kích thước 0.120.15x1 m Cốt đai tất dầm dùng cốt thép nhóm CI, đường kính mm, khoảng cách đai 75 mm Cốt dọc dùng cốt thép nhóm CI cốt GFRP có đường kính mm Sáu dầm bê tơng, có ba dầm BTCT B1_CI_C20 thiết kế giống nhau, mục đích để kiểm tra hội tụ kết làm tham chiếu cho dầm lại; dầm B2_CI_GFRP_C20 gia cường cốt thép mặt cốt GFRP mặt dầm, mục đích để đánh giá khả chịu lực dầm thay cốt thép vùng kéo cốt GFRP; dầm B3_CI_GFRP_C40 có cấu tạo giống dầm B2_CI_GFRP_C20 chiều dày lớp bê tông bảo vệ tăng lên thành 40 mm, mục đích để nghiên cứu 608 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 ảnh hưởng chiều cao làm việc đến khả chịu lực dầm có cốt GFRP so với dầm BTCT; dầm B4_GFRP_C20 gia cường cốt GFRP mặt mặt dầm, mục đích để khảo sát ứng xử Kỷ yếu khoa học bê tông vùng nén khả chịu lực dầm Chi tiết mẫu thí nghiệm trình bày Bảng 1, mặt cắt tiết diện ngang mẫu gia công chế tạo mẫu xem Hình Hình Hình Mặt cắt mẫu thí nghiệm Hình Gia cơng chế tạo mẫu dầm BTCT bê tông cốt GFRP Bảng Chi tiết mẫu thí nghiệm Cốt dọc Lớp bê Hàm Số Mặt tông STT Tên mẫu lượng Mặt lượng bảo vệ (mẫu) dầm (%) dầm (mm) B1_CI_C20 0.70 20 28 28 - CI CI B2_CI_GFRP_C20 0.70 20 28 28 CI GFRP B3_CI_GFRP_C40 0.70 40 28 28 CI GFRP B4_GFRP_C20 0.70 20 28 28 GFRP GFRP Giải thích ký hiệu tên mẫu: (B): dầm (CI): cốt thép nhóm CI (GFRP): cốt thủy tinh (C): chiều dày lớp bê tông bảo vệ Tại vị trí gối tựa vị trí tác dụng tải trọng, thép kích thước 1201008 mm đặt vào dầm để tránh tập trung ứng suất Các dầm quét vôi để dễ quan sát vết nứt Tính chất lý vật liệu chế tạo dầm cho Bảng 2, đó, cường độ chịu nén bê tơng 28 ngày tuổi xác định từ việc nén ba mẫu chuẩn 150150150 mm, cường độ chịu kéo GFRP cung cấp nhà sản xuất Bảng Tính chất lý vật liệu 609 Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Cấp độ bền Bê tông Độ R28 sụt (MPa) (cm) Cốt thép (8 – CI) Giới Giới Mô hạn hạn đun chảy, bền, đàn fy fu hồi, Es (MPa) (MPa) (MPa) B20 10.5 394.14 520.78 21×104 29.32 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm Sơ đồ thí nghiệm dầm đơn giản chịu uốn bốn điểm, hai đầu kê lên gối cố định gối di động KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Các dầm gia tải đến tải trọng P kN xuất vết nứt bê tơng vùng kéo Tải trọng tiếp tục tăng vết nứt phát triển dần lên vùng bê tông chịu nén, đạt gần 90% chiều cao dầm có bề rộng vết nứt vượt giới hạn nứt cho phép, theo (ACI 440.1R-06, 2006) giới hạn bề rộng vết nứt 0.7mm với kết cấu nhà KẾT LUẬN Nghiên cứu thực nghiệm dầm bê tông cốt GFRP cho thấy làm việc chịu uốn dầm có nhiều điểm khác Kỷ yếu khoa học Thanh GFRP (8) Giới Giới Mô hạn hạn đun chảy, bền, đàn fy fu hồi, (MPa) (MPa) Efrp (MPa) Khơng 1036,9 45×103 có biệt so với dầm bê tông cốt thép thông thường Vết nứt dầm bê tông cốt GFRP nhiều dầm bê tông cốt thép, đồng thời bề rộng chiều cao vết nứt lớn Phá hoại dầm xảy đứt cốt GFRP đột ngột, đặc biệt hàm lượng cốt nhỏ hàm lượng cân Khả chịu lực dầm bê tông cốt GFRP cao gần hai lần so với dầm bê tông cốt thép thơng thường có hàm lượng cốt Độ võng dầm bê tông cốt GFRP lớn nhiều so với dầm bê tông cốt thép Trong thời gian tới, để ứng dụng rộng rãi cốt GFRP vào cơng trình xây dựng, cần có nhiều nghiên cứu thực nghiệm để hiểu rõ ứng xử kết cấu sử dụng loại cốt Cần xây dựng tiêu chuẩn thiết kế dựa điều kiện xây dựng sản xuất cốt GFRP Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO NGUYỄN HIỆP ĐỒNG, ĐỖ TRƯỜNG GIANG VÀ PHẠM PHÚ TÌNH (2016) Nghiên cứu ứng xử dầm bê tông cốt thủy tinh (GFRP) thực nghiệm tiết diện thẳng góc Hội nghị Khoa học toàn quốc Cơ học Vật rắn biến dạng lần thứ XII, tr 465-471 NGUYỄN HÙNG PHONG (2014) Nghiên cứu thực nghiệm làm việc dầm bê tông có cốt polyme sợi thủy tinh hàm lượng thấp Tạp chí Xây dựng Việt Nam, 9: 61-65 610 ... lượng cốt nhỏ hàm lượng cân Khả chịu lực dầm bê tông cốt GFRP cao gần hai lần so với dầm bê tơng cốt thép thơng thường có hàm lượng cốt Độ võng dầm bê tông cốt GFRP lớn nhiều so với dầm bê tông cốt. .. 1036,9 45×103 có biệt so với dầm bê tông cốt thép thông thường Vết nứt dầm bê tông cốt GFRP nhiều dầm bê tông cốt thép, đồng thời bề rộng chiều cao vết nứt lớn Phá hoại dầm xảy đứt cốt GFRP đột... thông vận tải, nhóm tác giả tiến hành nghiên cứu thực nghiệm cho sáu dầm BTCT, dầm BTCT kết hợp cốt GFRP dầm bê tông cốt GFRP Nghiên cứu thực phịng thí nghiệm kết cấu cơng trình Trường Đại học