Hiệu quả gia cường kháng cắt cho dầm bê tông cốt thép bằng vật liệu tấm sợi các bon (2)

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2021 15 (1V): 102–111 HIỆU QUẢ GIA CƯỜNG KHÁNG CẮT CHO DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG VẬT LIỆU TẤM SỢI CÁC BON Hà Mạnh Hùnga,∗, Nguyễn Trung Hiếua a 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 01/03/2021, Sửa xong 17/03/2021, Chấp nhận đăng 19/03/2021 Tóm tắt Gia cường kháng cắt cho kết cấu dầm Bê tông cốt thép (BTCT) tiến hành kết cấu dầm không đủ khả chịu cắt (do tính tốn khơng đủ, sai sót q trình thi cơng, có gia tăng tải trọng hay thay đổi sơ đồ làm việc ) Nội dung báo trình bày thiết kế gia cường kháng cắt theo tiêu chuẩn ACI 440.2R-08 kết nghiên cứu thực nghiệm làm việc dầm BTCT gia cường kháng cắt vật liệu sợi bon (CFRP) 03 mẫu dầm BTCT thí nghiệm có kích thước hình học cấu tạo cốt thép chế tạo, 01 mẫu dầm không gia cường dầm đối chứng, 02 dầm lại gia cường kháng cắt vật liệu CFRP theo dải Hiệu gia cường đánh giá thông qua gia tăng khả chịu cắt mẫu dầm sau gia cường Từ khoá: dầm; gia cường; sợi composite; cắt; tiêu chuẩn ACI 440.2R-08 THE STRENGTHENING EFFICIENCY OF REINFORCED CONCRETE BEAMS UNDER SHEAR USING CFRP SHEETS Abstract This paper presents the design of the shear behavior according to ACI 440.2R-08 and an experimental study on this shear behavior of reinforced concrete (RC) beams strengthened with externally bonded carbon fiber reinforced polymer (CFRP) sheets This strengthening is carried out when the beam structure is not capable enough to withstand shear (due to insufficient calculation, errors during construction, increased load or due to change the working diagram ) Three identical specimens were cast The concrete grade and the steel reinforcement ratio were kept constant for all specimens One specimen without being strengthened was the control specimens, while the two other specimens were strengthened with CFRP composite sheets The strengthening effect is assessed through the increase in shear strength of the reinforced post-beam specimens Keywords: beam; strengthening; composite sheet; shear; ACI 440.2R-08 https://doi.org/10.31814/stce.nuce2021-15(1V)-09 © 2021 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) Giới thiệu Hiện nay, việc sử dụng sợi composite cường độ cao (Fibre Reinforced Polymer, viết tắt FRP) công tác gia cường kết cấu cơng trình áp dụng phổ biến nước tiên tiến giới Các kết cấu cơng trình gia cường kết cấu cột, dầm, sàn bê tông cốt thép, kết cấu khối xây gạch Trong số vật liệu composite dùng để gia cường kết cấu bê tơng cốt thép vật liệu sợi bon (viết tắt CFRP) sử dụng rộng rãi Phương pháp gia cường vật liệu CFRP tận dụng ưu điểm loại vật liệu cường độ chịu kéo mô đun đàn hồi ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: hunghm@nuce.edu.vn (Hùng, H M.) 102 ụng ưu ưu điểm củacủa loạiloại vậtvật liệuliệu nàynày nhưnhư cường độ độ chịu kéokéo và và mômô đunđun đà dụng điểm cường chịu ồihồi cao,cao, trọng lượng nhẹ, khơng bị ăn mịn BênBên cạnh ưu ưu điểm về đặcđặc tínhtính cơ học, gi trọng lượng nhẹ, khơng bị ăn mịn cạnh điểm học ường vậtvật liệuliệu CFRP cho thấy lợinghệ cho q trình thi thi cơng giagia cườn cường CFRP cho thấy lợi cho trình cơng cư Hùng, H.cịn M., Hiếu, N T / Tạp chí Khoatiện học tiện Cơng Xây dựngq cao, trọng lượng nhẹ, khơng bị khơng ăn mịn Bên cạnh ưu điểm vềmóc đặc tính gia cường vật cơng hưnhư nhanh chóng, đơnđơn giản, không cầncần nhiều máy móc thiết bị,học, thời gian thi thi công nhanh nhanh chóng, giản, nhiều máy thiết bị, thời gian nh liệu CFRP cịn cho thấy tiện lợi cho q trình thi cơng gia cường nhanh chóng, đơn giản, ìnhkhơng giới thiệu hình ảnhảnh dụng sợi CFRP giagia cường khán ình 1cầngiới thiệu hình dụng sợi CFRP việc cường kh nhiều máy móc thiết bị,sử thờisử gian thitấm cơng nhanh Trên Hình 1trong giớiviệc thiệu hình ảnh sử dụngsứcsức sợicắt CFRP việc gia sức kháng ốnuốn và kháng cho dầm bêcường tông cốt th uốn vàtấm kháng cắt cho dầm bê tông cốt th kháng cắt cho dầm bê tông cốt thép (a) Gia cường sức kháng uốn (a) (a) GiaGia cườcườ ứ ứ (b) Gia cường sức kháng cắt ố ố (b)(b) GiaGia cườcườ ứ ứ Hình Hình ảnh gia cường dầm BTCT vật liệu CFRP ảnhảnh giagia cườcườ ầ ầ ằ ằ ậ ậệ ệ ắ ắ Ở nước ta, vật liệu CFRP sử dụng cho việc gia cường số cơng trình cầu nhà dân dụng Tuy việc dụng cịn hạnđã chế,được chưa phổ biếncho đógia nguyên nhân Ở nước ta, liệu FRP sử dụng việc gia cường một công Ở nước ta,nhiên vậtvật liệuáp FRP sửđược dụng cho việc cường một số sớ cơng trìnt giá thành tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng cho loại vật liệu gia cường Hiện nước ta chưa nhà dân dụng Tuy nhiên áp dụng hạn chế, chưa phổ biến tr có tiêu chuẩn tính tốn thiết kế,việc gia việc cường cấu bêcịn tơng cốt thép vật liệu CFRP Việc ầucầu và và nhà dân dụng Tuy nhiên áp kết dụng hạn chế, chưa phổtính biến tron tốn chủ yếu dựa theo tiêu chuẩn nước ngồi tiêu chuẩn ACI 440.2R-08, ISIS, fib, TR 55, nguyên nhân là giá thành chuẩn thuật dụng ó đó nguyên nhân là giá thành và và tiêutiêu chuẩn kỹ kỹ thuật áp áp dụng chocho loạiloạ vậ JSCE AASHTO [1–6] Kết cấu BTCT gia cường vậtta liệu đượccó tạocác thành từchuẩn ba loại vậttính liệu: bê tơng, cốt thiết cường này Hiện nước taCFRP chưa chuẩn tính tốn ệuliệu giagia cường này Hiện nước chưa có tiêutiêu toán thiết kế,kế gi thép CFRP Trong đó, CFRP đóng vai trị cốt thép trường hợp gia cường cường kết bêkháng tông liệu FRP Việc chủ yếu theo ường kếtkháng cấucấu bê tông cốt thép vậtvật FRP Việc tínhtính tốn chủ ́u dựa theo cá uốn cắtcốt chothép kếtbằng cấu Việc sửliệu dụng vật liệu CFRP thiết kếtốn gia cường địi hỏidựa người kỹ sư khơng hiểu đặc tính lý loại vật liệu mà tương tác vật liệu chuẩn nướctông, ngoài tiêu chuẩnliệuACI 440.2R êutiêu chuẩn nước tiêu chuẩn CFRP với bêngoài cốtnhư thép mà loại vậtACI có440.2R khác biệt lớn đặc trưng học Những nghiên cứu thực nghiệm làm việc chịu uốn kết cấu BTCT gia cường cách dán CFRP vùng làm việc chịu kéo cho thấy ứng xử kết cấu phức tạp so với kết cấu BTCT với nhiều cơcường chế phá hoại xảy phụ thuộc vào đặc trưng vậttừ ba loạ không gia cường [7–12], Kết cấu BTCT vật liệu FRP thành Kếtliệu cấu BTCT giagia cường vật liệu FRP tạotạo thành từ ba loại vậ CFRP, giải pháp thiết kế, thi công, điều kiện làm việc Cáccốt nghiên cứu xửtấm FRP kết cấu BTCT đượcđó, giađó, cường hiệu quảđóng giađóng cường liệunhư liệu: tông, cốt thép và FRP Trong FRP vai ệu: bê bê tông, thép vàứng Trong tấmtấm FRP vaibằng trịvậttrị cớtcớt thé FRP nói chung vật liệu CFRP nhiều nghiên cứu nước tiến hành mà trường hợp gia cường kháng uốn và kháng cắt kết cấu dụng ong cáccác trường hợp gia cường kháng uốn và kháng cắtCác cho kếtthu cấu Việc sử sử dụng vậ kếtcho đềuViệc chứng số nghiên cứu điển hình trình bày tài liệu [13–20] minh hiệuthiết củakế việc sử dụng loại vật liệuhỏi người gia cường sức kháng uốn,chỉ sức hiểu kháng cắt, FRP gia cường không ệuliệuFRP thiết kế gia cường địiđịi hỏi người kỹ kỹ sư sư khơng hiểu về đặcđặc tínhtínc khả chịu nén, chịu xoắn kết cấu BTCT Đồng thời cho thấy ứng xử kết cấu lý loại vật cịn làphá tương tác liệu FRP tơng, cường làliệu phức tạp, nhiều hoại khác hiệu việc gia cường phụbê thuộc loạigia vật liệu nàynày màvớimà làdạng tương tácnhau vậtvật liệu FRP vớivới bê tông, cốtcốt thé nhiều vào đặc trưng học vật liệu CFRP (có giá trị khác theo nhà sản xuất) vào quy mỗichấtloại liệu khác biệt lớncấuvề đặc trưng học Những nghiên hikhi màmà vậtvật liệu cógiacó khác biệt đặc cơ học Những nghiên cách,loại lượng thi công cường dán sợi lớn lên kếtvề trưng gia cường Nội trình bày vấn đề́n thiết kếkết giakết cường kháng cắt theođược tiêugia chuẩn ACI 440.2R-08 thực nghiệm sựbáo làm việc chịu BTCT gia cường cách ực nghiệm vềdung làm việc chịu uốn củacủa cấucấu BTCT cường cách dá 103 Hùng, H M., Hiếu, N T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng [1] kết nghiên cứu thực nghiệm làm việc kết cấu dầm BTCT gia cường vật liệu CFRP Những kết thu thơng qua nghiên cứu góp phần làm rõ ứng xử dầm bê tông cốt thép gia cường vật liệu CFRP hiệu việc gia cường kết cấu dầm BTCT chịu cắt loại vật liệu Thiết kế gia cường kháng cắt dầm BTCT theo ACI 440.2R-08 [1] Từ năm 1990 đến nay, có nhiều tiêu chuẩn dẫn thiết kế thi công gia cường kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) sử dụng loại vật liệu Những tiêu chuẩn xây dựng dựa sở tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT Hiện nay, nước tiên tiến giới ban hành tiêu chuẩn dẫn kỹ thuật việc thiết kế thi công gia cường kết cấu BTCT vật liệu FRP, có tiêu chuẩn sử dụng phổ biến ACI 440.2R-08 [1]: Theo ACI, khả chịu cắt kết cấu dầm BTCT sau gia cường, φVn , phải lớn so với lực cắt yêu cầu, Vu , mà kết cấu phải chịu: φVn ≥ Vu (1) Khả chịu cắt kết cấu sau gia cường xác định theo công thức sau: φVn = φ Vc + V s + ψ f V f (2) Vc , V s , V f khả chịu cắt bê tông, cốt thép đai FR; φ hệ số giảm độ bền tính tốn chịu cắt, lấy 0,75; ψ f hệ số giảm độ bền phụ thuộc cho FRP gia cường kháng cắt Các bước thiết kế gia cường kháng cắt cho kết cấu dầm BTCT làm việc chịu uốn vật liệu FRP, vật liệu FRP dán thẻo dải, gồm: - Xác định khả chịu cắt bê tông cốt thép: Vc = 0,17 Vs = fc′ bw d Av fy d s (3) (4) Av diện tích cốt thép đai chịu cắt; fy cường độ tính tốn cốt thép; s khoảng cách cốt đai - Kiểm tra điều kiện khống chế: Vu − Vc ≤ 0,83 φ fc′ bw d (5) fc′ cườngđộ chịu nén đặc trưng bê tông (xác định dựa cường độ chịu nén mẫu thí nghiệm hình trụ tiêu chuẩn); d bw chiều cao hiệu bề rộng tiết diện dầm BTCT Nếu điều kiện khống chế không thỏa mãn cần lựa chọn giải pháp gia cường khác tăng tiết diện - Xác định hệ số giảm khả bám dính κv theo công thức: κv = k1 k2 Le ≤ 0,75 11,9ε f u 104 (6) Hùng, H M., Hiếu, N T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng k1 , k2 hệ số; Le chiều dài mà ứng suất bám dính trì; ε f u biến dạng cực hạn FRP - Xác định biến dạng hiệu FRP: (7) ε f e = κv ε f u ≤ 0,004 - Xác Tạp địnhchíứng suất FRP: Khoa họchiệu Côngquả nghệ Xây dựng, NUCE (8) σfe = Ef εfe ả chị ắ ủ ấ - Tính diện tích FRP tham gia chịu cắt: V D  D Av f = 2nt f w f (9) n sốrong lớpđó FRP; dày ủ ả chiều rộng ếcủaấdải FRP ới phương nằ D t f w f lần lượtủ chiều - Tính tốn khả ảchịu cắt củaữtấm FRP: ả ề ệ ệ ả ủ ả A f v σ f e (sin α + cos α) d f v Vf = (10) sf ế ả ác đị ứ ắ ủ ế ấu sau gia cườ giácác hiệ dải FRP ả giadán cườlên kết cấu so vớiứ phương nằm ngang; s f khoảng α gócứ nghiêng đánh của cách dải FRP; d f v chiều cao làm việc hiệu dải FRP ứ ự ệ Từ kết tính tốn, xác định sức kháng cắt kết cấu sau gia cường theo công thức (2) ẫ gia cường ệ ậ công ệ ế (1) đánh giá hiệu theo thức ứ Nghiên cứu thực nghiệm gia cườ ẫ ầ ẫ ầm đượ ế ệ ống trướ ế ều dài 1700 mm, kích thướ ế ệ u nghiệm uvà vật liệu chếị tạo ệ ủ ầ ầ ị ụ ủ 3.1 Mẫu thí ập trung đặ 03 mẫu dầm ớ ự ẫ hành ủ gia cường ẩ Các Trongựnghiên cứuPnày, chế tạo giống trước khiỉ tiến , để có chiều dài 1700 ẫ mm, ầ kích thước ệ tiết diện bị × h = 150 × 250 mm Nhịp mẫu dầm BTCT thí nghiệm làm việc tác dụng 02dướ lực tậpầ trung P‡ đặt cách ố dầm ự ọ1500ố mm ọ Dầm ị chịu ực vùng kéo (phía ớ ọ gối tựa 500 mm tránhớcho ởcác ợmẫu dầmủ thí ầnghiệm khơng Qua tính tốn theo [7], để ầ dẫnốcủa tiêu ‡ chuẩn ốt ACI318-05 thép đ ‡6a50 đượ bị phá hoại mô men uốn, lựa chọn cốt dọc chịu lực vùng kéo (phía dầm) 5∅14, cốt dọc ại không đượ ố ốt đai Dầm không gia cường (đố ứng) đượ ệ vùng nén (phía dầm) bố trí 2∅12 Cốt thép đai ∅6a50 bố trí phía dầm, phía cịn ầ bố trí cốt đai Dầm ệ cườ ớ cịn ớ lại ký lại khơng không gia cườnggia (đối chứng) ắký hiệu D-1, 02 dầm bằ ậ gia ệ cường khángảcắt ạ(vùng khơng ề bố ợ trí cốt ấđai) vật liệu CFRP theo ế dải, hiệu D-2đai) D-3 dạng U với bềầm rộng CFRP 50 mm Chi tiết dầm trình bày Hình Hình đượ 17Ø8a50 P P 2Ø12 2Ø12 5Ø14 500 500 500 5Ø14 100 Ø8a50 250 250 100 150 ọ cấu ấ tạoạ cốtớthép ủcác mẫu dầm ẫ ầthí nghiệm ệ Hình 2.Kích Kíchthướ thước hình học 105 KíchHùng, thướH M., Hiếu, ọ N T / ấTạp ạchí Khoa ớ học Công ủ nghệ Xây ẫ dựng ầ 50 50 50 50 50 250 50 ệ Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 50 100 500 50 500 50 50 50 500 100 ết phương án gia cườ ắ Hình Chi tiết phương án gia cường kháng cắt Cường độ ậ ệ ậ ệ ụ ế ầm xác Cường độ vật liệu bê tông, vật liệu thép sửệ dụng chế tạo ẫdầm xác định thơng qua thí nghiệmắ ệm và đượ ả mẫu thí nghiệm trình bày tóm tắt Bảng Cả 03 mẫu dầm thí nghiệm chế ẫ ầ ệm đượ ế ộ ấ ối bê tông và đổ tạo cấp phối bê tơng đổ ngày Kết thí nghiệm cường độ nén trung bình 03 ủ ệ mẫu ụ mẫu thí nghiệm hình trụ tiêu chuẩn D × ệm H =cường 150 ×đợ 300 mm, lấy qẫ trình đúc dầm trình bày Bảng u đượ trình đúc mẫ ầm đượ Bảng Cường độ bê tông vàả cốt thép chế tạođộ dầm Cường Cường độ ị Cường độ chịu nén bê tông 28 ngày Giới hạn chảy thép D14 ả ủ Giới hạn chảy thép D8 ả ủ ủ ố ế ầ 24,2 MPa 375 MPa 365 MPa ậ gia ệ cường ấ ợdầm hãng TORAY (Nhật ụng gia ầ Các Vật liệu sợi bon CFRP sử dụng Bản)cườ sản xuất thông số đặc trưng vật liệu ả trình ả bàyấ Bảng ố đặc trưng củ ậ ệu đượ Bảng Các đặc trưng vật sử dụng ả liệu CFRP Các đặc trưnggiacủcường ậ ệ ố Thông số STT ề ấ Chiều dày t f Cường độ chịu kéo f f u độ ị Cường Mô đun đàn hồi E f Biến dạng cực hạn ε f uđun đàn hồ Mô ế 3.2 Quy trình thi cơng gia cường vật liệu composite ự Giá trị ả ụng gia cườ ị 0,365 mm 1210 MPa 96,9 GPa 1,85% H Trên Hình Hình giới thiệu số hình ảnh vật liệu thi công gia cường dầm vật liệu CFRP Đầu tiên, bề mặt dầm vùng dán gia cường đánh máy mài cầm tay giấy ráp để loại bỏ phần vữa xi măng chất lượng tăng bám dính CFRP bề mặt bê tông Tiếp đến quét lớp keo dán epoxy lên bề mặt bê tông thành lớp mỏng quét lên hai mặt CFRP cho keo epoxy xâm nhập hết vào CFRP Cuối dán CFRP lên bề mặt bê tông Thí nghiệm tiến hành sau 72 h để ả Hình ậ ảnh ệ vật liệu CFRP ụng Hình sửtrong dụng gia cườ đảm bảo lực dính kết CFRP bề mặt bê gia cường Quy trình thi cơng gia cườ ấ ậ ệ tơng ầ ằ ằ tăng ậ 106 ệu CFRP Đầ ầ ữ ấ ệ ộ ố ả ậ ệ thi công ề ặ ầ ấm gia cường ráp để ỏ ầ ữa xi măng chấ ề ặ ếp đế ề đượ ặ ỏ ặ ấ ậ ế ấ ố ấ ề ặ Hùng, H M., ến hành sau 72 h để đả Hiếu,ảN T.ự/ Tạp chí Khoa ế họcữCơng ấ nghệ Xây dựng ề ệ ặ Hìnhợ Một cơng gia gia cường ớ số hình ảnhảnh thithicơng cườ ấsợi composite ợ ả chị ự ủ ầm gia cườ 3.3 Tính tốn khả chịu lực dầm gia cường ệ ả chị ắ ủ ầ ệ ằm làm sở Việc tính tốn khả chịu cắt dầm thí nghiệm nhằm làm sở cho cơng tác thí nghiệm ệ thủy ự lực,ọ hệ khung ệ ả tải) so ủsánhựkhả ệ chịu cắt theo ả tính việc lựa chọnệhệ gia tải (kích gia tốn cácả mẫu D-2 D-3 vớiủkết thực năngdầm chịgia cường ắ ẫ nghiệm ầm giaDựa cườtrên số liệu thí nghiệm ế vềảcường độ bê tông cường độ cốt thép đặc trưng học vật liệu CFRP, xác ự ệ ự ố ệ ệ ề cường độ bê tông và cường độ định ủ khả chịu cắt dầm sau gia cường dựa theo công thức trình bày mục ớt thépxétvàđến cáchệđặc trưng họtính ủtốn).ậ Tổng ệu hợp CFRP, xáctính định ả chịu năngcắtchị ắ (khơng số an tồn φ kết tốnđượ khả ủ thí ầ nghiệm sau giatrình cườbày ựBảng ức đượ ụ dầm đế ầ ổ theoợtínhếtốn lýả thuyết theo tiêuảchuẩn năngACI chị440.2R-08 ắ ủ [1] ệ ố Khả Ichịu cắt mẫu dầm Bảng Dầm ệ ả D-1 D-2, D-3 đượ ảng Khả chịu cắt bên trái Vc + V s (kN) ả chị ắ ủ ẫ 25,6 + 139,3 = 164,9 ẩ ả chị ắ ầ 3.4 Sơ đồ thí nghiệm bố trí dụng cụ đo Khả chịu cắt bên phải Vc + V f (kN) ầ ế 25,6 + = 25,6 25,6 + 23,0 = 48,6 ả chị ắ ả Các mẫu dầm thí nghiệm theo sơ đồ dầm đơn giản kê lên gối tựa cố định gối tựa di động (Hình 6) Dầm chịu tác dụng 02 lực tập trung P cách gối tựa bên 750 mm Để tạo tải trọng tác dụng lên dầm, sử dụng kích thủy lực (loại 20 tấn) kết hợp với dầm phân tải Thông qua dầm phân tải, tải trọng tập trung đầu kích phân thành 02 tải trọng tác dụng lên dầm Giá trị tải trọng tập trung đầu kích xác định thơng qua 01 dụng cụ đo lực điện tử (Load Cell) kết nối với hãng Tokyo Sokki – Nhật Bản sản xuất) Sơxửđồlý số liệu Data-Logger ệ ố TDSụ 530 (do ụ đo Chuyển vị dầm xác định thông qua 03 dụng cụ đo chuyển vị LVDT bố trí hai gối tựa giữaẫdầm.ầm Trong này,theo độ võng f vịầm trí đơn dầm đượtrường hợp ệm sơ đồ giả xác định ố ựtheoốcông đị thức fố = ựa f2 −di0,5( f + f ) với f , f , f giá trị chuyển vị xác định từ số đọc LVDT tương ầ3 độ ị ụ ủ ự ậ ố ự ứng ỗ Các dụng cụ đo chuyển vị, lực load cell kết nối với thu thập, xử lý số liệu TDS-530 cho phép bên 750 tự mm Đểvà ạđồng thời ả cácọ thông số ụđo đạc ầ thí nghiệm ụ ủ ự ấ ghi nhận động 107 ế ợ ầ ả ầ ả ả ọ ập trung đầu kích đượ ả ọ ằ ụ ầ ị ả ọ ập trung đầ xác đị ụ ụ đo lực điệ (Load Cell) đượ ế ố ộ ố ệ Hùng, H M., Hiếu, N T / Tạp chí Khoa học Công – nghệ ậ ảXâyả dựngấ P P TDS-530 100 500 500 500 100 Sơđồ đồthí nghiệm ệ Hình .Sơ ể ố ị ủ ố ự ầm xác đị ữ ầm Trong trườ 3.5 Phân tích đánh giá kết xác đị ứ ụ ụ đo chuyể ị LVDT đượ ợp này, độ ị ữ ầ f )  ,f ị ể ị a Quan hệ tải đị trọngừ –ốđộ võng trênXây LVDT ứ ụ ụ đo chuyể ị ực load cell đượ Tạp chí Khoa học Cơngđọc nghệ dựng,tương NUCE Trên Hình 7ế trình bày mối quan hệ tải trọng P độ võngậ f ựtạiđộng tiếtvàdiện ố ộ ậ ố ệ đồ ờ nhịp mẫu dầm thí nghiệm ớ đo đạ ệ Phân tích đánh giá kế ệ ả ọ ả – độ ố ị ủ ẫ ầ ệ ữ ả ọng P và đợ ế ệ ữ ệ Hình Quan hệ tải trọng - độ võng đầm thí nghiệm ệ ả ọ đợ đầ ệ Các kết thu từ biểu đồ P-f thí nghiệm cho thấy, việc gia cường kháng cắt dầm BTCT ế tấmảsợi thuCFRP đượ không ểu đồ dụng gia ủ tăng độ cứng ệ dầmấ BTCT ệc gia cườ vật liệu có tác độ ắ ầKết thu ằ ậ Hình ệ ấ7 ợ cho thấy có chênh lệchụng giavõng tăngcực độhạn ứ ủcác dầm ầ D-1, D-2 D-3 thời điểm bị phá hoại hoàn toàn Điều giải thích việc dầm bị phá hoại cắt Đây dạng phá hoại đột ngột phụ thuộc vào hình thành phát triển vết nứt xiên Sự không phân bố thấ cốt liệu cốt liệu đá ế bêả tông thu trênđồng hìnhđều cho ự bê tơng ệ(chủ yếu ề độ ự dăm) ủ ầ ằ ự ệ ời điể 108ị ại hoàn toàn Điều này đượ ả ầm đề ị Đây là ại độ ộ ụ ộ ể ủ ế ứ ự không đồng đề ề Hùng, H M., Hiếu, N T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng vai trò lớp CFPR gia cường ảnh hưởng đến phát triển vết nứt, dẫn đến chênh lệch tải trọng độ võng cực hạn mẫu thí nghiệm Giá trị tải trọng cực hạn gây phá hoại mẫu dầm hiệu cơng tác gia cường trình bày Bảng Có thể nhận thấy dầm gia cường chịu cắt CFRP cho có lực phá hoại cao hẳn so với mẫu dầm đối chứng Mức độ tăng khả chịu cắt, với tham gia CFRP, 50,7% 48,0% dầm D-2 D-3 so với dầm D-1 Bảng Tải trọng phá hoại (cắt) mẫu dầm Dầm Tải trọng phá hoại theo thực nghiệm P ph (kN) % tăng khả chịu lực D-1 D-2 D-3 33,5 50,5 49,6 50,7% 48,0% Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE b Sự phá hoại cácự mẫu thí nghiệm ẫ ệ Các mẫu dầm thí nghiệm pháđềhoại ẫ ầ bị ệm ị cắt Trên ắ Hình trình bày minh họa ọ hình ảnh phá hoại ả chứngạ D-1 ủ ẫ ầm đố ẫ ầm cườ ảnh phá hoại từ mẫu dầm mẫu dầm đối mẫu ứdầm ủgia cường D-2.gia Hình ả ấ 450 ấ soệ với phương ế ứ nằm ngang, ả D-1 cho thấy xuất ạ01ừvếtẫ nứtầ xiên khoảng bề rộng vết nứt phát phương nằ ề ộ ế ứ ển nhanh Đố ầ ự ngăn cả triển nhanh Đối với dầm D-2, ngăn cản FRP lớp keo dán nên xuất nhiều ấ so với phương ấ ệ vớiềubề vế phương vết nứt nhỏủxiên nằm ngang, rộng vết ứnứt ỏđược hạnớichế đáng kể so với bề ằ ề ộ ế ứt đượ ế đáng kể ề ộ ế ứ ầ rộng vết nứt dầm D-1 ả ầm đố ứ ầm gia cườ Hình Hình ảnh phá hoại dầm đối chứng D1 dầm gia cường D-2 Đố ẫ ầm gia cườ ề ộ ế ứt tăng lên ề ự ế ứt đả ả ự ệ ủ ấm FRP gia cườ Đối với mẫu dầm gia cường, bề rộng vết nứt tăng lên truyềnự lực qua vết nứt này đả việc ả ựtấm FRP giaữ cường ấ ề ặviệc đảm bảo đảm bảo thôngệc qua làm Sự làm ề ộ ế ứt tăng lên ẫn đế ứ ấ ấ ự thơng qua lực bám dính FRP bề mặt bê tông Khi bề rộng vết nứt tăng lên dẫn đến ứng ấ ớn kéo bong lớ ả ệ đầ ự ủ ấ suất kéo FRPế lớn Lực kéo ớtrong FRP lớn kéoạbong lớp bê tông bảo vệ đầu tự ấ ữ ấ ề ặ ầ ấm FRP chưa tấmạiFRP vớiquan bề sát mặtđược bê đố tơngớ gây FRP (Hình ị đứ 9), làm ầ ịmất liên ại kết Cơ chế này ầ phá hoại dầm Các FRP chưa bị đứt dầm bị phá hoại Cơ chế phá hoại quan sát 02 dầm D-2 chế ấy, công tác gia cường nói chung và gia cườ D-3 Từ chế cho thấy, cơng tác gia cường nói chung gia cường kháng ắ ần đả ả ất lượ ủ ả ệ vùng gia cường cắt nói riêng, cần đảm bảo chất lượngảocủa đả đượ lớp ự bê tông bảo ữ vệ ấ vùng gia ề ặcường đảm bảo lực bám ẳ ẵbề mặt ề ặt,bê đảtông ả (thông ất lượng keoxử dán ) để tăng hiệ nhẵn ả ủ bềệcmặt, gia cườ dính FRP qua lý làm phẳng, đảm bảo chất lượng keo dán ) để tăng hiệu củagiaviệc ẫ ầm cườ gia cường ị ả ấ Các mẫu dầmỏ gia D-2, D-3 bị phá hoại hoàn toàn xảy bong FRP khỏi bề mặt bê ề cường ặ tơng (Hình 9) 109 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE Hùng, H M., Hiếu, N T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Hìnhớ9 Lớp bê tơng ảbảo vệ ệ ởởcuốiốtấmấFRP bị kéo vỡ ị ế ả ự ệ ế ả c So sánh kết thực nghiệm với kết tính tốn lý thuyết ỡ ế ả Bảng trình bày kết ế quảảso sánh tải trọng ả phá ọ hoại tính tốn ữ lý thuyết theo ACI 440.2Rế Trên 08 kết thí nghiệm thể nhận thấy giá trị thu ế củaả dầm gia ệ cường ủ D-2 ầ D-3 giaCó cườ ể từậ thực nghiệm lớn so với lý thuyết, độ chênh lệch không đáng kể Như kết tính tốn ấ thuyết theo ị thuACI đượ ự phù hợpệ ớnviệc hơndựso ết, cắt và độ dầm BTCT ệ gia cường lý 440.2R-08 báovớ khả chịu đáng NhưCFRP vậ ế ả ế ợ ệ bằngkể vật liệu ự ả chị ắ ủ ầm BTCT gia cườ ằ ậ ệ Bảng So sánh tải trọng phá hoại (cắt) theo tính tốn lý thuyết với thực nghiệm ả ả ọ ọ 48,6 48,6 Dầm Tải trọng phá hoại theo tính tốn Plt (kN) D-2 D-3 ầ ả ắ ế ự Tải trọng phá hoại theo thực nghiệm Ptn (kN) ả ọ ự ệ 50,5 49,6 ệ Ptn /Plt 1,04 1,02 Kết luận hiệu gia cường kháng cắt Bên cạnh giải pháp truyền thống, sử dụng sợi CFRP công tác gia cường kháng cắt giải pháp tiên tiến với ưu điểm bật phương pháp thi công đơn giản, thời gian thi công nhanh không làm thay đổi không gian kiến trúc cơng trình sau gia cường Kết nghiên cứu thựcế nghiệm ậ cho ề thấy ệ ảdầm giađược cườgia cường chịu ắcắt CFRP cho có lực phá hoại cao hẳn so với mẫu dầm đối chứng, phương pháp gia cường kháng cắt cho kết cấu dầm BTCT cách ố rõ rệt ụ việc ấ tăngợ sức kháng cắt dầm BTCT sử dụng tấmạ sợi FRP dánả thành dải choềhiệu Cả 02 dầm gia cường họaiưu dođiể lực kéo ổtrongậttấm lớn gâypháp kéo vỡthi cườ ắ ả vật liệu CFRPế đềuớbị pháững nhưFRP phương lớp bê tông bảo vệ Điều cho thấy công tác gia cường, vị trí hư hỏng bề mặt bê tơng công đơn giả ời gian thi công nhanh và không làm thay đổ ế ủ lớp bảo vệ chất lượng cần tiến hành sửa chữa trước tiến hành thi cơng gia cường ình sau gia cườ ế ả ứ ự ệ ấ ầm đượ cườ ấ ự ại cao hẳ ẫ ầm đố Lời cảm ịơn ắ ằ ứ Tác giả hương gia ơn cườsự hỗ trợ tài ắ Quỹ ế Phát ấ triển ầ khoa học ằ công nghệửQuốc ụ chân pháp thành cảm ấgia (NAFOSTED) ợ ệ ả ệ ệc tăng sứ ắ ủ ầ cho đề tàiảmã số 107.01-2019.321 ả ầm gia cườ ằ ậ ệu110 CFRP đề ị ọ ự ấ ỡ ả ệ Điề cơng tác gia cườ ữ ị trí hư hỏ ề ặ ặ ả ệ ất lượ ần đượ ế ữa trướ ến hành thi công gia cườ Hùng, H M., Hiếu, N T / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Tài liệu tham khảo [1] ACI 440.2R-08 (2008) Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures Reported by ACI Committee 440, American Concrete Institute [2] FIP Bulletin No 14 (2001) Externally Bonded FRP Reinforcement for RC structures Technical Report, Bulletin 14, International Federation for Structural Concrete [3] ISIS (2008) FRP Rehabilitation of Reinforced Concrete Structures, Design Manual 4, Version The Canadian Network of Centres of Excellence on Intelligent Sensing for Innovative Structures (ISIS Network) [4] TR55 (2000) Design guidance for strengthening concrete structures using fibre composite materials Concrete Society Technical Report 55, The Concrete Society, Crowthorne, UK [5] JSCE (2001) Recommendations for Upgrading of Concrete Structures with Use of Continuous Fiber Sheet Concrete Engineering Series 41, Japan Society of Civil Engineering [6] AASHTO (2012) Guide Specifications for Design of Bonded FRP Systems for Repair and Strengthening of Concrete Bridge Elements First Ed., American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington DC [7] ACI 318-14 (2014) Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary American Concrete Institute [8] ACI 546R-04 (2004) Concrete Repair Guide American Concrete Institute [9] ACI 224.1R (2007) Causes, Evaluation and Repair of Crack in Concrete Structures American Concrete Institute [10] ASTM D3039 Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials [11] Hiếu, N T (2015) Nghiên cứu hiệu gia cường kháng uốn cho dầm bê tông cốt thép vật liệu sợi bon Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, 1/2015 [12] Hiếu, N T., Cường, L T (2018) Nghiên cứu thực nghiệm hiệu gia cường dầm bê tông cốt thép chịu xoắn vật liệu sợi bon CFRP Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Công nghệ Việt Nam, 60(3) [13] Khalifa, A., Gold, W J., Nanni, A., Abdel Aziz, M I (1998) Contribution of externally bonded FRP to shear capacity of RC flexural members Journal of Composites for Construction, 2(4):195–202 [14] Chen, J.-F., Teng, J G (2003) Shear capacity of FRP-strengthened RC beams: FRP debonding Construction and Building Materials, 17(1):27–41 [15] Deniaud, C., Cheng, J R (2001) Shear behavior of reinforced concrete T-beams with externally bonded fiber-reinforced polymer sheets Structural Journal, 98(3):386–394 [16] Deniaud, C., Cheng, J R (2004) Simplified shear design method for concrete beams strengthened with fiber reinforced polymer sheets Journal of Composites for Construction, 8(5):425–433 [17] Alzoubi, F., Zhengliang, L (2007) Overview shear strengthening of RC beams with externally bonded FRP composites Journal of Applied Sciences, 7(8):1093–1106 [18] Hoa, H P., Minh, P D (2014) Nghiên cứu gia cường dầm bê tông cốt thép vật liệu composite sợi cacbon Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng, 3(76):28–31 [19] Lâm, C V., Lan, N (2016) Đánh giá hiệu biện pháp gia cường sức kháng cắt cầu bê tông cốt thép thường phần mềm abaqus thực nghiệm Tạp chí Giao thơng vận tải, (3/2016): 53–56 [20] Dũng, N T., Mợi, N V., Hoa, H P (2011) Nghiên cứu giải pháp gia cường dầm bê tông cốt thép vật liệu composite sợi carbon Tạp chí Khoa học Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, 3(44):36–42 111 ... th kháng cắt cho dầm bê tông cốt thép (a) Gia cường sức kháng uốn (a) (a) GiaGia cườcườ ứ ứ (b) Gia cường sức kháng cắt ố ố (b)(b) GiaGia cườcườ ứ ứ Hình Hình ảnh gia cường dầm BTCT vật liệu. .. thuộc cho FRP gia cường kháng cắt Các bước thiết kế gia cường kháng cắt cho kết cấu dầm BTCT làm việc chịu uốn vật liệu FRP, vật liệu FRP dán thẻo dải, gồm: - Xác định khả chịu cắt bê tông cốt thép: ... đượcđó, gia? ?ó, cường hiệu quả? ?óng gia? ?óng cường liệunhư liệu: tông, cốt thép và FRP Trong FRP vai ệu: bê bê tông, thép vàứng Trong tấmtấm FRP vaibằng trịvậttrị cớtcớt thé FRP nói chung vật liệu