NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG KHÁNG UỐN CHO KẾT CẤU DẦM BTCT BỊ HƯ HỎNG BẰNG BÊ TÔNG UHPC

Nội dung đề tài đi vào nghiên cứu giải pháp gia cường kháng uốn cho kết cấu dầm bê tông cốt thép (BTCT) bằng vật liệu bê tông tính năng siêu cao (UHPC). Đây là một trong những giải pháp khá mới để gia cường kết cấu BTCT bên cạnh các giải pháp gia cường khác như sử dụng kết cấu thép, tấm sợi các bon (GFRP), ứng lực trước căng ngoài, bổ sung gối tựa phụ… Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu chế tạo 03 dầm BTCT cùng kích thước 150x200x2200 (mm), cùng cường độ bê tông, cùng cốt thép chịu kéo. Trong đó có 02 dầm BTCT được gia cường tại vùng bê tông vùng chịu kéo với chiều dày lớp UHPC là 5cm được đổ bù lồng vào cốt chủ và 01 dầm BTCT nguyên tiết diện là dầm đối chứng. Nghiên cứu đánh giá sự làm việc chịu uốn của dầm BTCT thông qua thí nghiệm uốn bốn điểm và khảo sát các thông số thí nghiệm như tải trọng, độ võng, biến dạng bê tông vùng nén, biến dạng cốt thép vùng kéo. Từ các kết quả thí nghiệm cho phép làm rõ hiệu quả của việc sử dụng bê tông UHPC để gia cường kết cấu BTCT chịu uốn như sự thay đổi về giá trị mô men giới hạn, độ cứng, sự hình thành và phát triển vết nứt. Bên cạnh đó dựa trên các kết quả thí nghiệm tiến hành so sánh với các kết quả tính toán lý thuyết với mô hình tính toán khả năng chịu lực của dầm BTCT có kể đến sự làm việc của bê tông vùng kéo UHPC. Trên cơ sở các kết quả thu được từ đề tài cho thấy sự phù hợp và hiệu quả của giải pháp sử dụng bê tông UHPC để gia cường kết cấu BTCT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2021 - 2022 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG KHÁNG UỐN CHO KẾT CẤU DẦM BTCT BỊ HƯ HỎNG BẰNG BÊ TÔNG UHPC Mã số: XD-2022-02 Sinh viên thực hiện: Trần Quốc Mạnh 63XD1 MSSV: 138663 Nguyễn Trung Kiên 63XD1 MSSV: 113263 Nguyễn Văn Nam 63XD1 MSSV: 146663 Nguyễn Trung Thành 63XD1 MSSV: 1542363 Nguyễn Đức Long 63XD5 MSSV: 127663 Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Quang - Bộ môn TN & KĐ cơng trình PGS.TS Nguyễn Trung Hiếu - Bộ mơn TN & KĐ cơng trình Hà Nội, tháng năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM HỌC 2021 - 2022 NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG KHÁNG UỐN CHO KẾT CẤU DẦM BTCT BỊ HƯ HỎNG BẰNG BÊ TÔNG UHPC Mã số: XD-2022-02 Sinh viên thực hiện: Trần Quốc Mạnh 63XD1 MSSV: 138663 Nguyễn Trung Kiên 63XD1 MSSV: 113263 Nguyễn Văn Nam 63XD1 MSSV: 146663 Nguyễn Trung Thành 63XD1 MSSV: 1542363 Nguyễn Đức Long 63XD5 MSSV: 127663 Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Quang - Bộ môn TN & KĐ cơng trình PGS.TS Nguyễn Trung Hiếu- Bộ mơn TN & KĐ cơng trình Cán hướng dẫn Sinh viên trưởng nhóm Nguyễn Văn Quang Trần Quốc Mạnh Mục lục MỞ ĐẦU .9 Đặt vấn đề .9 Mục tiêu nghiên cứu 10 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 10 Phương pháp nghiên cứu 10 Cấu trúc đề tài 10 TỔNG QUAN VỀ HƯ HỎNG KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP VÀ BÊ TƠNG TÍNH NĂNG SIÊU CAO UHPC 11 1.1 SỰ LÀM VIỆC THEO THỜI GIAN VÀ HƯ HỎNG CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 11 1.1.1 Sự làm việc theo thời gian cơng trình xây dựng 11 1.1.2 Các yếu tố tác động đến cơng trình xây dựng số nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu cơng trình 12 1.2 CÁC GIẢI PHÁP SỬA CHỮA, GIA CƯỜNG KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP LÀM VIỆC CHỊU UỐN 14 1.2.1 Gia cường cách mở rộng tiết diện [1] 14 1.2.2 Phương pháp dán thép [1] 15 1.2.3 Gia cường ứng lực trước căng [1] 16 1.2.4 Phương pháp gia cường sử dụng vật liệu sợi composite [1] 17 1.3 Vật liệu bê tông cường độ siêu cao (UHPC) ứng dụng [11] 18 1.3.1 Bê tơng UHPC số ưu nhược điểm 18 1.3.2 Ứng dụng vật liệu UHPC thực tế xây dựng 19 1.3.1 Một số nghiên cứu sử dụng bê tông UHPC để gia cường dầm BTCT 20 1.4 NHẬN XÉT CHƯƠNG 21 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM HIỆU QUẢ GIA CƯỜNG KHÁNG UỐN DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG BÊ TƠNG UHPC .22 2.1 Mục đích thí nghiệm 22 2.2 Mẫu thí nghiệm vật liệu chế tạo dầm 22 2.2.1 Mẫu thí nghiệm .22 2.2.2 Vật liệu chế tạo dầm .25 2.3 Sơ đồ thí nghiệm sơ đồ bố trí dụng cụ đo 28 2.3.1 Sơ đồ thí nghiệm .28 2.3.2 Sơ đồ bố trí dụng cụ đo 29 2.3.3 Quy trình thí nghiệm 30 CHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .31 3.1 Kết thí nghiệm làm việc chịu uốn dầm gia cường UHPC vùng kéo dầm đối chứng .31 3.1.1 Quan hệ tải trọng độ võng .31 3.1.2 Quan hệ tải trọng biến dạng 33 3.1.3 Sự hình thành mở rộng vết nứt 34 3.1.4 Cơ chế phá hoại .36 3.2 Mơ hình đơn giản tính tốn khả chịu lực dầm gia cường có kể đến làm việc bê tông UHPC vùng kéo 36 3.2.1 Giả thiết tính tốn 36 3.2.2 So sánh kết nghiên cứu lý thuyết kết thực nghiệm .38 3.3 NHẬN XÉT CHƯƠNG 39 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 40 Tài liệu tham khảo .41 Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Các yếu tố tác động lên cơng trình xây dựng [1] 11 Hình 1.2 Sự suy giảm độ bền vững theo thời gian cơng trình xây dựng [1] 12 Hình 1.3 Các yếu tố tác động lên cơng trình xây dựng [1] 13 Hình 1.4 Dầm BTCT bị nứt khơng đủ chịu lực (sai sót khâu thiết kế) [1] 14 Hình 1.5 Hư hỏng kết cấu BTCT ăn mòn cốt thép chịu lực[1] .14 Hình 1.6 Một số dạng gia cường tăng tiết diện cho cột, dầm, sàn BTCT 15 Hình 1.7 Hình ảnh gia cường cột cách tăng tiết diện 15 Hình 1.8 Gia cường kháng uốn dầm BTCT dán thép 16 Hình 1.9 Gia cường dầm BTCT phương pháp ứng lực trước căng 1- Dầm có; Thép hình căng gia cường; Bu-lông dùng để căng; Thanh phụ trợ; 5bu-lông cường độ cao để neo .16 Hình 1.10 Hình ảnh gia cường dầm BTCT phương pháp ứng lực trước căng .16 Hình 1.11 Các dạng vật liệu composite 17 Hình 1.12 Gia cường cột BTCT vật liệu FRP 17 Hình 1.13 Gia cường kháng uốn dầm BTCT vật liệu FRP 18 Hình 1.14 Ứng dụng UHPC ngành cầu đường 20 Hình 1.15 Một số phương pháp sử dụng UHPC gia cường cấu kiện chịu uốn [6-8] 21 Hình 2.1 Chi tiết cấu tạo dầm D1.1 D1.2 23 Hình 2.2 Chi tiết cấu tạo dầm đối chứng D0 .23 Hình 2.3 Gia công buộc cốt thép dầm 24 Hình 2.4 Trộn bê tơng thường bê tông UHPC theo cấp phối .24 Hình 2.5 Chế tạo mẫu dầm thí nghiệm 25 Hình 2.6 Thí nghiệm cường độ chịu nén bê tơng thường 26 Hình 2.7 Thí nghiệm cường độ chịu nén bê tông UHPC 26 Hình 2.8 Mặt cắt dầm bê tông gia cường UHPC vùng kéo .28 Hình 2.9 Sơ đồ thí nghiệm dầm 28 Hình 2.10 Sơ đồ thí nghiệm dầm bê tơng UHPC gia cường .29 Hình 2.11 Tem đo biến dạng cốt thép vùng kéo 29 Hình 2.12 Tem điện trở đo biến dạng bê tông vùng nén dầm .29 Hình 2.13 Thí nghiệm dầm bê tơng đối chứng 30 Hình 2.14 Thí nghiệm dầm bê tơng gia cường UHPC .30 Hình 3.1 Quan hệ tải trọng độ võng dầm D0, D1.1 D1.2 .31 Hình 3.2 Quan hệ tải trọng biến dạng cốt thép vùng kéo biến dạng bê tông vùng nén 33 Hình 3.3 Bê tông vùng nén bị ép vỡ 36 Hình 3.4 Sơ đồ ứng suất biến dạng có kể đến làm việc bê tông UHPC 37 Danh mục bảng Bảng 2.1 Thông số cấu tạo dầm 23 Bảng 2.2 Thành phần cấp phối vật liệu chế tạo bê tông UHPC (đơn vị kg/m3) 25 Bảng 2.3 Thành phần cấp phối vật liệu chế tạo bê tông (đơn vị kg/m3) .26 Bảng 2.4 Kết thí nghiệm cường độ chịu nén bê tơng (đơn vị kg/m3) 26 Bảng 2.5 Đặc trưng học cốt thép 27 Bảng 3.1 Các giá trị tải trọng độ võng đặc trưng 32 Bảng 3.2 Sự hình thành phân bố vết nứt dầm D1.1 dầm D1.2 34 Tóm tắt đề tài NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG KHÁNG UỐN CHO KẾT CẤU DẦM BTCT BỊ HƯ HỎNG BẰNG BÊ TÔNG UHPC Mã số: XD-2022-02 Nội dung đề tài vào nghiên cứu giải pháp gia cường kháng uốn cho kết cấu dầm bê tông cốt thép (BTCT) vật liệu bê tơng tính siêu cao (UHPC) Đây giải pháp để gia cường kết cấu BTCT bên cạnh giải pháp gia cường khác sử dụng kết cấu thép, sợi bon (GFRP), ứng lực trước căng ngoài, bổ sung gối tựa phụ… Trong nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu chế tạo 03 dầm BTCT kích thước 150x200x2200 (mm), cường độ bê tông, cốt thép chịu kéo Trong có 02 dầm BTCT gia cường vùng bê tông vùng chịu kéo với chiều dày lớp UHPC 5cm đổ bù lồng vào cốt chủ 01 dầm BTCT nguyên tiết diện dầm đối chứng Nghiên cứu đánh giá làm việc chịu uốn dầm BTCT thơng qua thí nghiệm uốn bốn điểm khảo sát thơng số thí nghiệm tải trọng, độ võng, biến dạng bê tông vùng nén, biến dạng cốt thép vùng kéo Từ kết thí nghiệm cho phép làm rõ hiệu việc sử dụng bê tông UHPC để gia cường kết cấu BTCT chịu uốn thay đổi giá trị mơ men giới hạn, độ cứng, hình thành phát triển vết nứt Bên cạnh dựa kết thí nghiệm tiến hành so sánh với kết tính tốn lý thuyết với mơ hình tính tốn khả chịu lực dầm BTCT có kể đến làm việc bê tông vùng kéo UHPC Trên sở kết thu từ đề tài cho thấy phù hợp hiệu giải pháp sử dụng bê tông UHPC để gia cường kết cấu BTCT Từ khóa: Dầm BTCT, Gia cường; UHPC; Khả chịu lực; Dầm bê tông hai lớp MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Hư hỏng kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) vấn đề nhận nhiều quan tâm, lẽ chúng vật liệu xây dựng chủ yếu bảo đảm độ vững cơng trình, liên quan đến tính mạng nhiều người Một số nguyên nhân dẫn đến hư hỏng kết cấu BTCT chất lượng thi công không đảm bảo, thay đổi công sử dụng, tác động môi trường (tác động nhiệt, tác động yếu tố xâm thực, độ ẩm ) dẫn đến cần có biện pháp gia cường sửa chữa nhằm đảm bảo khả chịu lực kết cấu, đảm bảo tuổi thọ kết cấu cơng trình Hiện có nhiều giải pháp gia cường kết cấu BTCT khác giải pháp gia cường cách mở rộng tiết diện kết cấu, phương pháp dán thép, phương pháp sử dụng ứng lực trước căng ngoài, phương pháp sử dụng sợi composite (FRP)… Trong phương pháp gia cường cách mở rộng tiết diện sử dụng phổ biến ưu điểm dễ dàng thi công, giá thành rẻ Thông thường phần bê tông sử dụng để mở rộng tiết diện có cấp độ bền tương đương lớn không nhiều so với bê tông cấu kiện cũ dẫn tới hiệu gia cường thấp, cần tiết diện gia cường lớn dẫn tới tăng nhiều kích thước tiết diện, ảnh hưởng đến không gian kiến trúc Bê tông chất lượng siêu cao loại bê tông cịn gọi bê tơng siêu tính (UHPC - Ultra High Performance Concrete) Một số tính loại bê tơng có độ chảy cao, cường độ chịu nén cao (lớn 120 MPa), cường độ kéo uốn lớn (khi sử dụng cốt sợi), độ thấm thấp độ bền cao Các nghiên cứu áp dụng loại bê tông phát triển mạnh mẽ năm gần để chế tạo cấu kiện đúc sẵn cừ biển, cầu dân sinh, ốp Tuy nhiên, nghiên cứu sử dụng loại bê tông để gia cường cho kết cấu dân dụng cịn Từ lý trên, nhóm nghiên cứu lựa chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp gia cường kháng uốn cho kết cấu dầm BTCT bị hư hỏng bê tông UHPC” làm nội dung nghiên cứu đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan hư hỏng giải pháp gia cường kết cấu dầm BTCT vật vật liệu UHPC; Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá làm việc chịu uốn dầm BTCT sử dụng bê tông UHPC gia cường vùng kéo, đồng thời so sánh với dầm đối chứng qua đánh giá phù hợp hiệu sử dụng loại bê tông để gia cường kết cấu dầm BTCT; Tính tốn lý thuyết mơ hình tính tốn khả chịu lực dầm bê tông cốt thép hai lớp có kể đến làm việc bê tơng vùng kéo bê tông vùng kéo UHPC; Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Tiến hành nghiên cứu cấu kiện dầm BTCT chịu uốn theo sơ đồ dầm đơn giản; Phạm vi nghiên cứu: Sử dụng bê tông UHPC gia cường phần bê tông vùng kéo với chiều dày lớp UHPC 5cm Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu thực nghiệm kết hợp với lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm phương pháp nghiên cứu Cấu trúc đề tài Đề tài gồm nội dung sau: - Mở đầu: Đặt vấn đề, mục tiêu đề tài nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu chương nội dung - Chương I: Tổng quan hư hỏng kết cấu BTCT bê tông UHPC - Chương III: Nghiên cứu thực nghiệm - Chương III: Phân tích đánh giá kết - Kết luận kiến nghị - Tài liệu tham khảo 10  Cốt thép Cốt thép sử dụng thép gai D10, D14, cốt thép cắt uốn theo quy cách, đảm bảo chiều dày lớp bảo vệ Cắt cốt thép máy cắt kìm cộng lực Cốt thép buộc chắn dây thép Ngoài cốt thép để chế tạo dầm, để lại cốt thép để xác định tiêu lý thép Kết thí nghiệm trình bày Bảng 2.5 Bảng 2.5 Đặc trưng học cốt thép Thanh Giới hạn chảy (MPa) Giới hạn bền (MPa) 14 320 424  Cốp pha Cốp pha chế tạo từ gỗ ép dày 18mm kết hợp với hệ sườn, chống gỗ tự nhiên kích thước 60x90 mm Cốp pha cắt, ghép quy cách, đảm bảo kích thước dầm 120x200x2200 mm Tại vị trí ghép phun keo silicon để đảm bảo độ kín khít cốp pha Sau hồn thành cốp pha vệ sinh quét lớp dầu mỏng lên mặt cốp pha giúp trình tháo cốp pha dễ dàng Cốt thép sau dán thiết bị đo biến dạng đặt cẩn thận vào cốp pha định vị khoảng cách với thành, đáy cốp pha kê để đảm bảo chiều dày lớp bê tơng bảo vệ Quy trình tiến hành chế tạo mẫu thí nghiệm:  Gia cơng cốt thép theo kích thước thiết kế  Tiến hành buộc cốt thép thành lồng theo kích thước thiết kế  Dán tenzomet điện trở vị trí định trước Mỗi dầm dán tenzomet điện trở hai thép chủ chịu kéo  Gia công ván khuôn gỗ, vệ sinh ván khuôn, quét silicon khe hở bơi lớp dầu chống dính vào ván khuôn  Tiến hành đổ bê tông UHPC vùng chịu kéo dày 5cm thành lớp, cốt thép chịu kéo cốt đai lồng vào bê tông UHPC  Sau bê tông UHPC đạt cường độ tuổi ngày tiến hành đổ bê tông thường B22.5 chiều dày 15cm 27  Sau bê tông đạt cường độ tuổi ngày tiến hành tháo dỡ ván khuôn tiếp tục thực công tác bảo dưỡng bê tông  Bê tông dầm đạt cường độ 28 ngày tiến hành thí nghiệm Hình 2.8 Mặt cắt dầm bê tông gia cường UHPC vùng kéo 2.3 Sơ đồ thí nghiệm sơ đồ bố trí dụng cụ đo 2.3.1 Sơ đồ thí nghiệm Sơ đồ thí nghiệm dầm đơn giản (kê mẫu thí nghiệm lên 01 gối tựa cố định 01 gối tựa di động), chịu tác dụng 02 lực tập trung P Vị trí lực tác dụng vị trí gối tựa dầm thể Hình 2.9 Để tạo tải trọng tác dụng lên dầm, sử dụng kích thủy lực (loại 20 tấn) kết hợp với dầm phân tải Thơng qua dầm phân tải (Hình 2.9) tải trọng tập trung đầu kích 2P phân thành 02 tải trọng tác dụng lên dầm P Giá trị tải trọng tập trung đầu kích xác định thơng qua 01 dụng cụ đo lực điện tử (load cell) kết nối với xử lý số liệu Data - Logger TDS 530 (do hãng Tokyo Sokki – Nhật Bản sản xuất) Hình 2.9 Sơ đồ thí nghiệm dầm 28 2.3.2 Sơ đồ bố trí dụng cụ đo Từ mục đích thí nghiệm mục 2.1 thơng số cần có sau thí nghiệm cần khảo sát là: Tải trọng tác dụng lên dầm, độ võng dầm, biến dạng cốt thép vùng kéo, biến dạng bê tông vùng nén, biến dạng bê tơng UHPC vùng kéo Mơ hình bố trí dụng cụ đo trình bày Hình 2.10 Hình 2.10 Sơ đồ thí nghiệm dầm bê tơng UHPC gia cường Hình 2.12 Tem điện trở đo biến dạng bê tơng vùng nén dầm Hình 2.11 Tem đo biến dạng cốt thép vùng kéo 29 Hình 2.13 Thí nghiệm dầm bê tơng đối chứng 2.3.3 Hình 2.14 Thí nghiệm dầm bê tơng gia cường UHPC Quy trình thí nghiệm Khi tiến hành gia tải, tải trọng thí nghiệm phân chia thành nhiều cấp nhỏ nhằm mục đích sau đây:  Có nhiều số liệu quan hệ tải trọng thông số cần đo  Một số cấp tải trọng vị trí thời điểm xuất khe nứt, tải trọng thời điểm cốt thép chảy dẻo…cần đặc biệt ý theo dõi  Phát cố q trình thí nghiệm, tránh phá hoại đột ngột mẫu thí nghiệm yếu tố khó dự báo trước  Sau có kết thí nghiệm tiêu lý dầm, tính tốn để tìm tải trọng phá hoại dầm, từ tiến hành phân cấp tải trọng thí nghiệm Sau cơng việc lắp dựng thí nghiệm hồn tất Tiến hành gia tải thử với tải trọng P = kN Mục đích gia tải thử nhằm loại trừ sai số lắp dựng kết cấu kiểm tra làm việc ổn định hệ Khi thấy hệ dụng cụ đo ổn định Tiến hành đưa số liệu giá trị ban đầu Trong trình gia tải dựa vào tính tốn thí nghiệm biểu đồ biến dạng bê tông vùng kéo cốt thép vùng kéo để xác định thời điểm xuất khe nứt Tiến hành tăng tải trọng theo cấp tải, dừng lại để đo bề rộng khe nứt vẽ sở đồ nứt cấp tải trọng tiếp tục tăng tải đến dầm bị phá hoại 30 CHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ Trong chương này, dựa số liệu thí nghiệm thu vào phân tích, đánh giá kết thí nghiệm dầm gia cường bê tơng UHPC vùng kéo dầm đối chứng 3.1 Kết thí nghiệm làm việc chịu uốn dầm gia cường UHPC vùng kéo dầm đối chứng 3.1.1 Quan hệ tải trọng độ võng Từ kết thí nghiệm với giá trị đo lực từ thiết bị đo Loadcell, giá trị đo chuyển vị từ LVDT 1, tiến hành xử lý kết vẽ biểu đồ quan hệ tải trọng độ võng dầm thí nghiệm Hình 3.1 trình bày quan hệ tải trọng độ võng dầm D0 D1.1 D1.2 Trong dầm D1.1 dầm D1.2 dầm gia cường vùng kéo UHPC dầm D0 dầm đối chứng Hình 3.1 Quan hệ tải trọng độ võng dầm D0, D1.1 D1.2 Từ kết quan hệ tải trọng độ võng (P – f) từ Hình 3.1 ta thấy giai đoạn làm việc dầm BTCT chịu uốn đối chứng D0 sau: Giai đoạn làm việc ban đầu, tương ứng với đoạn OA Điểm A có thay đổi độ dốc biểu đồ P – f cho thấy thời điểm xuất thêm vết nứt mô men uốn gây dầm Giai đoạn giai đoạn AB, B điểm thay đổi độ dốc lần thứ 31 biểu đồ P - f, tương ứng với thời điểm cốt thép chịu kéo bị chảy dẻo Tại điểm này, xác định giá trị tải trọng gây chảy dẻo cốt thép, ký hiệu Py Giai đoạn BC giai đoạn sau cốt thép vùng chịu kéo bị chảy dẻo Với dầm BTCT cốt thép, giai đoạn thể làm việc bê tông vùng nén Điểm C ứng với thời điểm bê tông vùng nén bị ép vỡ, cho phép xác định tải trọng cực hạn gây phá hoại dầm, Pul Đối với dầm lớp gia cường vùng kéo UHPC có giai đoạn làm việc tương đương so với dầm BTCT thông thường Tuy nhiên dầm BTCT lớp gia cường UHPC vùng kéo hình thành thêm đoạn có độ dốc thay đổi A-A’, độ dốc thay đổi nguyên nhân phát huy làm việc cốt sợi bê tông UHPC vùng kéo (điểm A) thời điểm bắt đầu hình thành vết nứt điểm A’ Do dầm bê tông lớp gia cường bê tơng UHPC làm tăng mơ men hình thành vết nứt so với dầm BTCT thơng thường Ngồi dầm BTCT vùng kéo gia cường UHPC có độ cứng lớn rõ rệt so với dầm bê tông thông thường Điều giải thích mơ đun đàn hồi bê tông UHPC lớn làm tăng độ cứng tổng thể dầm Ngoài việc cốt sợi UHPC có vai trị quan trọng việc “khâu” lại vết nứt bê tông vùng kéo, làm tăng thêm độ cứng dầm BTCT Các giá trị tải trọng độ võng đặc trưng trình bày Bảng 3.1 Bảng 3.1 Các giá trị tải trọng độ võng đặc trưng Mẫu dầm thí nghiệm Tải trọng hình thành khe nứt (kN) Độ võng thời điểm hình thành khe nứt (kN) Độ võng cốt thép chảy (mm) Tải trọng gây phá hoại Pul (kN) Độ võng dầm bị phá hoại (mm) Tải trọng gây chảy cốt thép Py (mm) D-0 11.33 0,83 42,6 5,6 46,2 25,5 D-1.1 19.22 1,25 52,7 9,4 56,8 26,1 D-1.2 20.01 1,3 51,9 9,6 57,1 26,1 32 3.1.2 Quan hệ tải trọng biến dạng  Quan hệ tải trọng – biến dạng cốt thép vùng kéo bê tông vùng kéo Hình 3.2 Quan hệ tải trọng biến dạng cốt thép vùng kéo biến dạng bê tông vùng nén Từ kết quan hệ tải trọng biến dạng cốt thép vùng kéo ta nhận thấy với cấp tải trọng, biến dạng cốt thép bê tông dầm hai lớp nhỏ rõ ràng so với biến dạng dầm đối chứng Cụ thể cấp tải 20kN biến dạng cốt thép dầm thông thường (-993) tương ứng với ứng suất cốt thép 198 MPa giá trị dầm bê tông gia cường UHPC (-750) tương ứng với ứng suất cốt thép 150 Mpa, chênh lệch 25% Do phần ứng suất kéo vùng chịu kéo dầm BTCT hoàn toàn cốt thép vùng kéo chịu Đây điểm khác biệt so với dầm BTCT thơng thường Do tính tốn khả chịu lực dầm cần kể đến làm việc bê tông vùng kéo Hơn nữa, đặc biệt giai đoạn đầu, (dầm chưa xuất vết nứt) biến dạng cốt thép dầm lớp biến dạng so với dầm thông thường Đây lý làm tăng tải trọng hình thành gây nứt dầm lớp gia cường vùng kéo bê tông UHPC Biến dạng bê tông vùng nén dầm bê tông hai lớp gia cường vùng kéo bê tông UHPC không khác biệt so với dầm thông thường Tuy nhiên giá 33 trị cực hạn dầm gia cường dầm bị phá hoại đo tenzomet điện trở dầm lớp nhỏ đáng kể so với dầm thông thường Điều giải thích phát triển vết nứt nhanh dầm bê tông lớp 3.1.3 Sự hình thành mở rộng vết nứt Trong trình thí nghiệm tiến hành vẽ hình thành vết nứt cấp tải trọng dầm thí nghiệm Bảng trình bày hình ảnh phân bố vết nứt dầm thí nghiệm D1.1 dầm D1.2 cấp tải trọng khác Bảng 3.2 Sự hình thành phân bố vết nứt dầm D1.1 dầm D1.2 Hình ảnh phân bố vết nứt Dầm D1.1 d1.1 Pn=1 kN p=26kN d1.1 p=36kN d1.1 p=46kN d1.1 p=56kN D1.1 d1.2 Pn=1 p=24kN kN 34 d1.2 p=34kN d1.2 p=44kN d1.2 p=54kN Từ kết hình thành khe nứt dầm D1.1 D1.2 gia cường vùng kéo bê tông UHPC nhận thấy: - Vết nứt dầm vết nứt thẳng góc vùng mơ men uốn túy xuất từ phần bê tơng UHPC lan thẳng góc lên vùng bê tông thông thường không xảy tược tách lớp lớp bê tông (vết nứt lan ngang) thời điểm - Khi tiếp tục tăng tải trọng, vết nứt mở rộng từ phần UHPC làm tăng chiều cao vết nứt lên dầm có bê tơng thơng thường - Xuất vết nứt tách khoảng cách gối tựa điểm đặt lực dầm Tại vị trí có mơ men lớn lực cắt lớn Ngun nhân lực cắt có xu hướng kéo tách hai phần dầm vng góc với trục dầm, mơ men có xu hướng làm quay hai phần dầm xung quanh Kết hợp cặp nội lực nguyên nhân gây nứt tách lớp bê tông Tuy nhiên giá trị bề rộng khe nứt phần nứt tách đo máy soi nứt 0.18mm sau tăng khơng đáng kể, lúc cốt đai dầm ngồi chịu lực cắt cịn có vai trị neo lớp bê tơng lại để làm việc đồng thời Do việc đục bỏ bê tơng vùng kéo đổ lớp UHPC gia cường lồng cốt đai cốt chủ vấn đề xử lý quan trọng để lớp bê tông không bị tách lớp 35 Khi tăng tiếp tải trọng, vết nứt tiếp tục mở rộng tăng chiều cao Tại thời điểm chuẩn bị phá hoại quan sát thấy tách lớp phần bê tông UHPC bê tơng thường vùng có mơ men khơng đổi 3.1.4 Cơ chế phá hoại Cơ chế phá hoại mẫu dầm BTCT D0, D1.1 D1.2 phá hoại dẻo, cốt thép vùng kéo bị chảy dẻo bê tơng vùng nén bị ép vỡ Hình 3.2 thể phần bê tông vùng nén bị ép vỡ dầm D1.1 Hình 3.3 Bê tơng vùng nén bị ép vỡ 3.2 Mơ hình đơn giản tính tốn khả chịu lực dầm gia cường có kể đến làm việc bê tông UHPC vùng kéo 3.2.1 Giả thiết tính tốn Khả kháng uốn tiết diện gia cường phụ thuộc vào chế phá hoại Từ nghiên cứu thực nghiệm trên, dầm gia cường bị phá hoại dẻo, bê tông vùng nén bị ép vỡ cốt thép bị chảy dẻo Từ nhóm nghiên cứu đề xuất giả thiết sơ đồ tính tốn sau:  Dùng giả thiết tiết diện phẳng, nghĩa sau biến dạng, tiết diện coi phẳng  Biểu đồ ứng suất vùng chịu nén bê tông lấy dạng chữ nhật, bê tông chịu nén đạt tới cường độ chịu nén tính tốn 36  Biểu đồ ứng suất vùng chịu kéo bê tơng UHPC lấy dạng hình tam giác với ứng suất không vượt cường độ chịu kéo tính tốn bê tơng UHPC Rbt  Ứng suất cốt thép chịu kéo As đạt tới cường độ chịu kéo tính tốn Rs Từ giả thiết Sơ đồ biến dạng ứng suất tiết diện bê tơng tiết diện chuẩn bị hình thành khe nứt trình bày hình Hình 3.4 Sơ đồ ứng suất biến dạng có kể đến làm việc bê tông UHPC Chiều cao vùng bê tông chịu nén xác định dựa điều kiện cân lực theo phương trục dầm: R b bx  R s As  0.5R bt bd (3-1) Mô men giới hạn xác định dựa phương trình tổng mơ men qua trọng tâm vùng bê tông chịu nén: Mgh  R s As (h  0,5x)  0.5R bt bd(h  0,5d) Trong - Rb cường độ chịu nén tính tốn bê tơng - Rs cường độ chịu kéo tính toán cốt thép - Rbt cường độ chịu kéo bê tông UHPC - b chiều rộng tiết diện - h chiều cao tiết diện - h0 chiều cao làm việc tiết diện - As diện tích tiết diện ngang cốt thép chịu kéo - d chiều cao lớp bê tông UHPC vùng kéo 37 (3-2) 3.2.2 So sánh kết nghiên cứu lý thuyết kết thực nghiệm Nhịp tính tốn l=2000 As=307 mm2 Rb=13.5 Mpa Rbt – UHPC = 10 Mpa b = 150 mm h = 200 mm d = 50 mm Chiều cao vùng bê tông chịu nén xác định dựa điều kiện cân lực theo phương trục dầm: x R s As  0.5R bt bd  66, 2mm R bb Mô men giới hạn xác định dựa phương trình tổng mơ men qua tổng hợp lực với vùng nén Mgh  R s As (h  0,5x)  0.5R bt bd(h  0,5d)  28,3kN Tải trọng lớn tác dụng lên dầm Pgh  Mgh  56, kN 2L1 Hình 3.3 trình bày kết tính tốn Pgh kết nghiên cứu thực nghiệm Hình 3.3 Tải trọng giới hạn dầm thí nghiệm kết tính tốn Từ kết thí nghiệm Hình 3.3 nhận thấy giá trị tải trọng giới hạn dầm D1.1 D1.2 theo tính tốn phù hợp so với kết nghiên cứu thực nghiệm Điều cho 38 thấy mơ hình đơn giản đề xuất tính tốn dầm gia cường lớp UHPC phù hợp Đồng thời, kết cho thấy việc kể đến làm việc vùng bê tông chịu kéo UHPC cần thiết tính tốn dự báo khả chịu lực dầm lớp 3.3 NHẬN XÉT CHƯƠNG Ba nội dung thực Chương gồm: - Chế tạo 03 mẫu dầm BT gồm: 02 mẫu dầm BTCT lớp gia cường vùng kéo bê tông UHPC 01 mẫu dầm BTCT đối chứng - Ứng xử kết cấu BTCT lớp làm rõ thơng qua thí nghiệm uốn điểm Cơ chế phá hoại dầm BTCT lớp cốt thép bị chảy dẻo bê tông vùng chịu nén bị ép vỡ - Mơ hình đơn giản để tính tốn khả chịu lực dầm gia cường dựa sở tiêu chuẩn TCVN 5574: 2018 phù hợp Khi tính tốn khả chịu lực cần kể đến làm việc bê tông UHPC vùng kéo, giá trị tính tốn giả thiết mơ hình ứng suất dạng tam giác bê tông UHPC cho kết gần so với kết nghiên cứu thực nghiệm 39 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Nội dung đề tài vào nghiên cứu giải pháp sử dụng bê tông UHPC để gia cường cho kết cấu dầm BTCT chịu uốn Thông qua kết thí nghiệm 03 dầm BTCT có dầm dầm lớp với lớp UHPC vùng kéo, chiều dày gia cường 5cm dầm đối chứng, rút kết luận sau đây: 1- Dầm BTCT sử dụng bê tơng UHPC gia cường vùng kéo làm tăng khả chịu lực so với dầm thông thường Trong nghiên cứu này, tải trọng phá hoại dầm gia cường tăng 22% so với dầm thông thường 2- Ứng xử uốn dầm bê tông lớp tương tự dầm bê tơng thơng thường Các giai đoạn làm việc trước hình thành khe nứt, sau hình thành khe nứt, cốt thép bị chảy dẻo dầm bị phá hoại Tuy nhiên dầm BTCT gia cường vùng kéo UHPC có tải trọng hình thành khe nứt lớn đáng kể so với dầm thơng thường Sự chênh lệch tải trọng hình thành khe nứt nghiên cứu 78%, xuất thay đổi độ dốc thời điểm trước hình thành khe nứt làm việc cốt sợi bê tông vùng kéo UHPC 3- Vết nứt dầm gia cường UHPC phần lớn vết nứt thẳng góc, vùng mơ men khơng đổi vết nứt vết nứt liên tục lớp bê tông UHPC bê tông thường Vết nứt tách xuất lớp bê tông vùng có mơ men lực cắt lớn, bề rộng vết nứt tách đo 0.18mm không mở rộng nhanh tăng tải trọng 4- Đã đề xuất mô hình đơn giản để tính tốn khả chịu lực dầm gia cường phù hợp Trong mô hình này, kể đến tham gia chịu lực lớp UHPC vùng kéo với phân bố ứng suất kéo lớp UHPC có dạng tam giác Kết tính tốn lý thuyết kết nghiên cứu thực nghiệm cho thấy cần phải kể đến làm việc bê tơng vùng kéo tính tốn khả chịu lực dầm BTCT gia cường vùng kéo bê tông UHPC Kiến nghị Bề dày phần bê tông UHPC gia cường ảnh hưởng nhiều đến làm việc đồng thời lớp UHPC bê tơng thường Do kiến nghị nghiên cứu thay đổi chiều dày lớp UHPC, thay đổi cấp độ bền bê tơng thường Ngồi tiến hành thêm việc sử dụng UHPC cho loại gia cường kháng cắt 40 Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Trung Hiếu, Hư hỏng, sửa chữa, gia cường kết cấu cơng trình – Phần kết cấu bê tông cốt thép kết cấu gạch đá, NXB Xây dựng , 2022 [2] Phan Quang Minh, Ngô Thế Phong, Nguyễn Đình Cống, Kết cấu bê tơng cốt thép – Phần cấu kiện bản, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2008 [3] Phạm Văn Khoan, Nguyễn Nam Thắng (2010) Tình trạng ăn mịn cốt thép vùng biển Việt Nam số kinh nghiệm sử dụng chất ức chế ăn mịn canxi nitrit Tạp chí Khọc học công nghệ Xây dựng, Viện Khoa học công nghệ xây dựng IBST [4] ACI 440.1R (2015) Guide for the design and construction of concrete reinforced with FRP bars Report by ACI Committee 440, American Concrete Institute [5] ACI 318-05, 2005, Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary, American Concrete Institute [6] ACI 546R-04, 2004, Concrete Repair Guide, American Concrete Institute [7] ACI 224.1R, 2007, Causes, Evaluation and Repair of Crack in Concrete Structures, American Concrete Institute [8] Wu H.C., Eamon C.D., Strengthening of concrete structures using Fibre Reinforced Polymers (FRP), Woodhead Publishing series in civil and structural Engineering [9] TCVN 9387: 2017 Khảo sát đánh giá tình trạng nhà cơng trình xây gạch đá [10] Nguyễn Cơng Thắng (2016) Nghiên cứu chế tạo bê tông chất lượng siêu cao sử dụng phụ gia khống vật liệu có sẵn Việt Nam.Luận án tiến sỹ, Trường Đại học Xây dựng 41 ... nghiên cứu lựa chọn đề tài ? ?Nghiên cứu giải pháp gia cường kháng uốn cho kết cấu dầm BTCT bị hư hỏng bê tông UHPC? ?? làm nội dung nghiên cứu đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan hư hỏng. .. nứt dầm D1.1 dầm D1.2 34 Tóm tắt đề tài NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG KHÁNG UỐN CHO KẾT CẤU DẦM BTCT BỊ HƯ HỎNG BẰNG BÊ TÔNG UHPC Mã số: XD-2022-02 Nội dung đề tài vào nghiên cứu giải pháp gia. .. pháp gia cường kháng uốn cho kết cấu dầm bê tông cốt thép (BTCT) vật liệu bê tơng tính siêu cao (UHPC) Đây giải pháp để gia cường kết cấu BTCT bên cạnh giải pháp gia cường khác sử dụng kết cấu thép,