Thông tin tài liệu
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN VŨ PHƯƠNG HIỆU NĂNG GIA CƯỜNG KHÁNG UỐN CỦA TẤM CFRP CHO DẦM BÊ TÔNG CĂNG SAU DÙNG CÁP KHƠNG BÁM DÍNH Ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Cơng Trình Dân Dụng Cơng Nghiệp Mã số ngành: 62580208 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ TP HỒ CHÍ MINH - NĂM 2022 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Người hướng dẫn 1: PGS TS Nguyễn Minh Long Người hướng dẫn 2: PGS TS Ngô Hữu Cường Phản biện độc lập 1: TS Trần Văn Phúc Phản biện độc lập 2: PGS TS Nguyễn Trung Hiếu Phản biện 1: PGS TS Lê Anh Thắng Phản biện 2: TS Nguyễn Đình Hùng Phản biện 3: PGS TS Hồ Đức Duy Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án họp Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM vào lúc 30 phút ngày 12 tháng năm 2022 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM - Thư viện Đại học Quốc gia Tp.HCM - Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp.HCM Kỷ yếu hội nghị quốc tế P V Phuong, T T Duong, N H Cuong, D D Tung and N M Long “Flexural behaviour of unbonded post-tensioned concrete T-beams strengthened with CFRP sheets under repeated loading,” in Proc Protection of Structures against Hazards, Ha Noi, Viet Nam, 2018, pp 469–478 T T P Quynh, P V Phuong, T T Duong and N M Long “Flexural Behavior of Unbonded Post-Tensioned Concrete T-Beams Externally Bonded With CFRP Sheets Under Static Loading,” in Proc The International Conference on Advances in Computational Mechanics, Phu Quoc, Viet Nam, 2017, pp 1-17 Kỷ yếu hội nghị nước T T Duong, P V Phuong, N H Cuong and N M Long “Interactions between CFRP sheets and unbonded tendons in the post-tensioned concrete beams: experiment and formula,” present at the 3rd Conference on Advanced Technology in Civil Engineering Towards Sustainable Development, DUT, Da Nang, Viet Nam, 2017 P V Phuong, T T P Quynh, D D Tung and N M Long “Flexuralstrengthening efficiency of CFRP sheets in post-tensioned concrete TBeams with and without U-strip CFRP anchorage system,” present at the 1st Conference on Construction and Architecture, HCMCOU, Ho Chi Minh, Viet Nam, 2016 P V Phuong, T T P Quynh, N H Cuong and N M Long “Effect of endanchorage system using CFRP U-strips on flexural behavior of posttensioned concrete T-beam strengthening by CFRP sheets,” in Proc The 2nd Conference on Advanced Technology in Civil Engineering Towards Sustainable Development, DUT, Da Nang, Viet Nam, 2016, pp 78-87 Đề tài nghiên cứu khoa học N M Long cộng sự., “Nghiên cứu ứng dụng giải pháp kỹ thuật để sửa chữa gia cường lưới sợi basalt (BRFP) các-bon (CFRP) nhằm tăng cường hiệu sử dụng tuổi thọ cho cơng trình cầu ĐBSCL.” KHCN-TNB.ĐT/14-19/C26, Trường Đại học Bách KhoaĐHQG-HCM, 268 Lý Thường Kiệt, P 14, Q 10, TP HCM, 2021 N M Long cộng sự., “Nghiên cứu giải pháp sửa chữa cải thiện khả chịu tải cầu bê tông cốt thép vật liệu gia cường TYFO FIBRWRAP Đồng Tháp.” 249/2015/HĐ-KHCN, Trường Đại học Bách Khoa-ĐHQG-HCM, 268 Lý Thường Kiệt, P 14, Q 10, TP HCM, 2019 P V Phương N M Long, “Phân tích ứng xử khả kháng uốn dầm chữ T bê tông ứng suất trước gia cường sợi cac-bon chịu tải trọng tĩnh.” E2016.6.6.1, Đại học Mở TP HCM, 97 Võ Văn Tần, P 6, Q 3, TP HCM, 2019 N M Long cộng sự., “Ảnh hưởng số yếu tố đến sức kháng cắt dầm bê tơng tiết diện chữ T ứng suất trước gia cường lưới sợi composite.” 107.99-2015.30, Trường Đại học Bách Khoa-ĐHQG-HCM, 268 Lý Thường Kiệt, P 14, Q 10, TP HCM, 2018 P V Phương N M Long, “Phân tích hiệu gia cường kháng uốn dầm bê tông ứng suất trước gia cường sợi cac-bon chịu tải trọng lặp.” TNCS-KTXD-2016-14, Trường Đại học Bách Khoa-ĐHQG-HCM, 268 Lý Thường Kiệt, P 14, Q 10, TP HCM, 2018 Sách tham khảo N M Long, Đ Đ Tùng, T T Dương P V Phương, Gia cường kết cấu bê tông cốt thép - Sử dụng vật liệu FRP : Thiết kế thi công NXB Đại học Quốc gia TP HCM, 2021 ĐẶT VẤN ĐỀ Cấu kiện bê tơng ứng suất trước (BTUST) dùng cáp khơng dám dính với ưu điểm tính kinh tế cao (do khơng phải tốn chi phí thời gian cho cơng tác bơm vữa), có tổn hao ứng suất căng ma sát thấp, khả thay quan trắc ứng suất cáp suốt thời gian sử dụng, cho thấy giải pháp kết cấu hiệu bên cạnh cấu kiện BTUST dùng cáp dám dính sử dụng từ năm 1960s USA, Úc, Châu Âu Châu Á Sau thời gian dài sử dụng, xuống cấp vật liệu, xuất vết nứt làm suy yếu độ cứng tiết diện suy giảm lực căng trước (do cáp bị ăn mòn tổn hao ứng suất dài hạn) hay nhu cầu nâng cấp cơng trình đòi hỏi chúng cần gia cường để kéo dài thời gian phục vụ Nhờ vào đặc tính kỹ thuật ưu việt vật liệu CFRP có cường độ cao, trọng lượng riêng nhẹ, không dẫn điện, không nhiễm từ, khơng bị ăn mịn, thi cơng đơn giản, giải pháp sử dụng vật liệu CFRP cho công tác sửa chữa gia cường cấu kiện bê tông cốt thép (BTCT) BTUST cho thấy tính hiệu cao bên cạnh giải pháp truyền thống hữu Tuy vậy, nghiên cứu hiệu gia cường kháng uốn vật liệu FRP cho cấu kiện BTUST dùng cáp khơng bám dính hạn chế Các nghiên cứu có chưa đề cập tường minh lượng hóa rõ ràng ảnh hưởng tình trạng dầm trước gia cường (cịn ngun hay nứt), ảnh hưởng tải trọng lặp, kiểu neo U-CFRP đến biến dạng cáp hiệu gia cường kháng uốn CFRP cho dầm Bên cạnh đó, hiệu gia cường CFRP định ứng xử bám dính CFRP với bề mặt bê tông cấu kiện BTUST chưa thấy nghiên cứu đề cập đầy đủ đến vấn đề Các vấn đề vừa nêu dẫn đến thiếu vắng điều khoản thiết kế cho trường hợp cấu kiện hay dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính hướng dẫn thiết kế gia cường hành vật liệu FRP Luận án nghiên cứu đặc tính bám dính CFRP với bê tông hiệu gia cường kháng uốn CFRP cho dầm BTUST dùng cáp không bám dính Các mục tiêu luận án bao gồm: (1) phân tích thực nghiệm đặc tính bám dính CFRP với bê tông dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính làm rõ khác biệt với đặc tính bám dính CFRP với bê tơng mẫu kéo trượt thông dụng cách có hệ thống; (2) phân tích thực nghiệm ứng xử định lượng hóa hiệu gia cường kháng uốn CFRP cho dầm BTUST dùng cáp không bám dính; (3) xây dựng mơ hình bám dính - trượt liên kết CFRP – bê tơng cho dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính đề xuất cơng thức tính biến dạng cáp dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính có kể đến ảnh hưởng gia cường kháng uốn CFRP phục vụ cho quy trình thiết kế gia cường kháng uốn CFRP cho dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính CHƯƠNG TỔNG QUAN, MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan nghiên cứu 1.1.1 Đặc tính bám dính CFRP bê tông dầm bê tông Nhiều nghiên cứu cho hiệu gia cường CFRP bị giới hạn đáng kể bong tách làm cho ưu điểm cường độ chịu kéo cao không phát huy đầy đủ làm cho dầm ứng xử giòn so với trường hợp dầm không gia cường [33] Để hạn chế làm chậm bong tách, nhằm tăng hiệu gia cường từ cải thiện khả chịu lực tính dai dầm gia cường, hệ neo học neo CFRP dạng U sử dụng cho thấy tính hiệu chúng cho dầm BTCT truyền thống [33]–[38] dầm BTUST [18], [21], [23], [26] Tuy vậy, hiệu hệ neo vùng bố trí việc cải thiện hiệu làm việc CFRP gia cường kháng uốn cho dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính, đặc biệt chịu ảnh hưởng tải trọng lặp chưa trình bày tường minh Thực tế, bong tách sớm hay muộn CFRP hiệu gia cường kháng uốn định ứng xử bám dính CFRP với bề mặt bê tơng cấu kiện gia cường Tuy vậy, hiểu biết ứng xử bám dính liên kết CFRP-bê tông cấu kiện gia cường hầu hết dựa nghiên cứu liên quan đến thí nghiệm kéo trượt mặt [39]–[48] số dựa thí nghiệm kéo uốn mẫu dầm bê tông [49], [50] Kết công thức xác định biến dạng bong tách CFRP hướng dẫn tính tốn thiết kế gia cường kết cấu sử dụng vật liệu CFRP dán [1], [2], [51], [52] xây dựng dựa nghiên cứu thí nghiệm kéo trượt túy hai mặt hiệu chỉnh thêm hệ số xét đến khác biệt bong tách kéo trượt bong tách IC từ tính tốn hồi qui nghiên cứu [4], [53] để dự đoán giá trị biến dạng bong tách CFRP tính tốn cho cấu kiện BTCT chịu uốn Một số nghiên cứu thực nghiệm liên quan đến CFRP gia cường kháng uốn dầm BTCT [17], [54], dầm BTUST dùng cáp bám dính [19], [21], [23], [25], [32], [55] dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính [28], [29] cho thấy biến dạng bong tách CFRP dầm BTCT, đặc biệt dầm BTUST lớn nhiều so với mẫu thí nghiệm kéo trượt, ảnh hưởng ứng suất kéo uốn xuất vết nứt uốn cấu kiện Sự thiếu vắng liệu nghiên cứu thực nghiệm liên quan đến đặc tính bám dính FRP gia cường kháng uốn cấp độ cấu kiện có kích thước lớn, đặc biệt cấu kiện BTUST, làm cho vấn đề dự đoán biến dạng hữu hiệu CFRP trở nên sai lệch, xác khơng mang tính kinh tế 1.1.2 Ứng xử uốn dầm BTUST gia cường CFRP Tuy nhiên, thời điểm tại, nghiên cứu hiệu gia cường kháng uốn vật liệu CFRP cho cấu kiện BTUST có số lượng không nhiều, đa số tập trung vào phân tích hiệu gia cường vật liệu CFRP cho dầm BTUST sử dụng cáp bám dính [18]–[26] Đặc biệt, dầm BTUST dùng cáp không bám dính có vài nghiên cứu [27]–[30] tất chưa đề cập đầy đủ, tường minh chưa lượng hóa rõ ràng ảnh hưởng hàm lượng CFRP gia cường đến biến dạng cáp hiệu gia cường kháng uốn cho dầm Hơn nữa, nghiên cứu dừng lại việc phân tích đánh giá hiệu gia cường CFRP dầm tác dụng tải trọng tĩnh đơn điệu cấu kiện chưa có cố trước gia cường Khác với tải trọng tĩnh đơn điệu, ảnh hưởng tải trọng lặp gây tượng từ biến bê tông bong tách sớm CFRP bề mặt bê tơng [31] Hiện tượng diễn mức độ lớn cấu kiện chịu tác dụng tải trọng lặp có biên độ cao với số lượng vòng lặp đủ lớn, làm suy giảm hiệu gia cường CFRP, độ cứng dầm, ảnh hưởng đến ứng xử khả chịu lực dầm giai đoạn sau lặp theo nghiên cứu [32] dầm BTUST dùng cáp bám dính Trong đó, dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính, cáp khơng làm việc đồng thời biến dạng cáp khơng tương thích với biến dạng bê tông CFRP Sự khác chế làm việc dẫn đến khác biệt đáng kể ứng xử hai dạng cấu kiện tác dụng tải trọng lặp, từ ảnh hưởng đến ứng xử hiệu gia cường kháng uốn CFRP Việc làm rõ ứng xử loại cấu kiện điều kiện chịu ảnh hưởng tải trọng lặp, vậy, thật cần thiết 1.1.3 Mơ hình phương pháp xác định khả kháng uốn dầm BTUST gia cường CFRP Hiện nay, phương pháp xác định khả kháng uốn cho dầm BTUST dùng cáp bám dính gia cường FRP trình bày chi tiết số hướng dẫn thiết kế gia cường hành [1] [2] Đối với cấu kiện BTUST dùng cáp khơng bám dính, có nghiên cứu [29] có đề xuất quy trình tính tốn khả kháng uốn (cho loại cấu kiện xuất hư hỏng nhiều) dựa hiệu chỉnh công thức xác định biến dạng cáp bám dính tiêu chuẩn [103], chưa xét đến cấu kiện cịn ngun, có xuất vết nứt trước gia cường với bề rộng vết nứt nằm giới hạn cho phép chịu ảnh hưởng tải lặp, chưa xét đến ảnh hưởng hàm lượng CFRP, tương tác cáp CFRP đến khả kháng uốn loại cấu kiện 1.2 Những đóng góp luận án (1) Làm sáng tỏ đặc tính bám dính CFRP bê tông dầm BTUST dùng cáp không bám dính; (2) Định lượng hóa hiệu gia cường kháng uốn CFRP cho dầm đơn giản BTUST dùng cáp khơng bám dính tác dụng tải trọng tĩnh lặp; (3) Đề xuất cơng thức tính biến dạng cáp biến dạng bong tách FRP dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính gia cường CFRP 1.3 Phạm vi phương pháp nghiên cứu 1.3.1 Phạm vi nghiên cứu Luận án tập trung nghiên cứu dầm đơn giản BTUST dùng cáp khơng bám dính quỹ đạo parabol tiết diện chữ T Dầm thiết kế theo dạng U tiêu chuẩn [104] dùng cáp khơng bám dính có đường kính 12.7mm, có cường chịu nén bê tơng 45 MPa, dùng CFRP 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu chủ đạo dùng nghiên cứu thực nghiệm, tính tốn giải tích thống kê hồi qui CHƯƠNG CHƯƠNG TRÌNH THỰC NGHIỆM 2.1 Vật liệu 2.1.1 Bê tông, cốt thép cáp ứng suất trước Bê tơng có cường độ chịu nén trung bình bê tơng fc,cube=47.2MPa fsp,cube=5.8MPa Giới hạn chảy giới hạn bền trung bình fy=430 MPa fu=600 MPa (cốt dọc); fyw=342 MPa fuw=463MPa (cốt đai) Mô-đun đàn hồi cốt thép Es = 200 GPa lấy theo [107] Cáp sử dụng loại khơng bám dính theo tiêu chuẩn [108] với đường kính danh định 12.7 mm, loại bảy sợi với cường độ kéo đứt, fpu=1860 MPa 2.1.2 Tấm sợi bon keo epoxy Theo thông số nhà sản xuất, sợi các-bon trực hướng (CFF) dày 0.166mm, mô-đun đàn hồi Ef 240 GPa biến dạng kéo đứt εfu=2.1%, có cường độ kéo đứt theo thí nghiệm, ffu =3986 MPa; keo epoxy hai thành phần A-B có cường độ chịu kéo fepoxy,u=60 MPa, mô-đun đàn hồi Eepoxy từ 33.5 GPa 2.2 Mẫu thí nghiệm 2.2.1 Mẫu thí nghiệm Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật mẫu dầm thí nghiệm M0 M2CB M4CB M6CB M M2CB-AN1 M4CB-AN1 M6CB-AN1 M2CB-AN2 M4CB-AN2 RC0 RC4 RC RC6 RC4-AN2 RC4-AN3r1 C0 C4 C C6 C4-AN2 C4-AN3r1 C4-AN5 bw×h×bfb×hf×L0 dp ρs mm mm % 110×360×200×90×6000 Nhóm Tên dầm ρsw % ρp nf % lớp 305 0.47 0.29 0.41 4 305 0.47 0.29 0.41 4 305 0.47 0.29 0.41 4 tf mm -0.166 0.166 0.166 0.166 0.166 0.166 0.166 0.166 -0.166 0.166 0.166 0.166 -0.166 0.166 0.166 0.166 0.166 a f Af wf sf mm mm2 mm mm -70 23 70 46 70 70 70 23 300;100 350 70 46 300;100 350 70 70 300;100 350 70 23 100 250 70 46 100 250 -70 46 70 70 70 46 100 250 70 46 100 210 -70 46 70 70 70 46 100 250 70 46 100 210 70 46 100 235;195 Hình 2.9 Thơng số kỹ thuật sơ đồ thí nghiệm mẫu kéo trượt đơn Thực nghiệm kéo trượt dùng kiểm chứng tiến hành bảy mẫu bê tơng có kích thước rộng×cadài =150×200×500 mm, gồm mẫu dán lớp CFRP, hai mẫu dán hai lớp, hai mẫu dán bốn lớp, hai mẫu dán sáu lớp CFRP Sơ đồ thí nghiệm kéo trượt mặt bố trí thiết bị đo đạc thể Hình 2.9 1.2.2 Thơng số kỹ thuật sơ đồ thí nghiệm Thực nghiệm tiến hành 20 dầm BTUST (Bảng 2.2 Hình 2.10a&e) Các dầm nhóm M gia tải với cấp tải 15 kN giai đoạn trước vết nứt uốn xuất hiện; sau đó, giá trị cấp tải tăng lên 20 kN đến phá hoại Dầm nhóm RC gia tải lặp sáu chu kỳ với cận tải = 8kN cận tải = 90kN để tạo vết nứt có bề rộng lớn xấp xỉ 0.3 mm Sau đó, dầm dỡ tải tiến hành gia cường kháng uốn CFRP tiếp tục gia tải tĩnh với cấp gia tải từ 10-20kN đến dầm phá hoại Dầm nhóm C gia tải theo ba giai đoạn: giai đoạn 1, dầm chịu tải trọng lặp dạng hình sin với tần số Hz 500 nghìn chu kỳ Biên độ tải trọng không đổi (Pupper,1 = 0.98Pcr Plower,1 = 8kN); giai đoạn 2, dầm gia tải với tần số Hz khoảng 128 nghìn chu kỳ với cận tải lặp Pupper,2 = 76 kN Trong giai đoạn 3, dầm gia tải tĩnh phá hoại với với tốc độ gia tải 10-15 kN/phút Hình 2.1 Thơng số kỹ thuật dầm thí nghiệm Hình 2.10a&e Sơ đồ thí nghiệm lắp đặt thiết bị đo dầm nhóm M C (Hình 3.10b) Vùng gần điểm gia tải, biến dạng bong tách CFRP dầm gia cường khơng neo nhóm C RC cao biến dạng bong tách mẫu kéo trượt lớp CFRP 250%, 230%, 140% 110%; dầm gia cường lớp CFRP có sử dụng hệ neo nhóm C RC cao 370%, 490%, 250% 250% (Hình 3.10a) Hình 3.10 Tỉ số biến dạng bong tách vùng gia tải (a) vùng nhịp (b) dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính mẫu kéo trượt đơn 3.1.4 Sự khác biệt quan hệ ứng suất bám dính - độ trượt liên kết CFRP - bê tông mẫu kéo trượt so với mẫu dầm BTUST (a) Ứng suất bám dính - độ trượt liên kết CFRP-bê tông mẫu kéo trượt Ứng suất bám dính lớn (u) liên kết CFRP-bê tông mẫu kéo trượt 2, lớp CFRP có xu hướng tăng trung bình 25%, 75% 64% so với mẫu kéo trượt lớp CFRP Độ trượt s0 tương ứng với u mẫu dán 2, lớp CFRP có xu hướng giảm nhẹ trung bình 20%, 40% 30% so với mẫu dán lớp Hình 3.12 Quan hệ ứng suất bám dính độ trượt CFRP mẫu kéo trượt 10 (b) Ứng suất bám dính & độ trượt liên kết CFRP-bê tông mẫu dầm Hình 3.16 Quan hệ ứng suất bám dính độ trượt dầm nhóm RC Quan hệ ứng suất bám dính độ trượt CFRP mẫu dầm RC4 RC6 có dạng cut-off (Hình 3.16) Kết ảnh hưởng hình thái vết nứt dầm dẫn đến chiều dài bám dính thực tế CFRP dầm nhỏ, xấp xỉ khoảng từ 19 đến 27% so với chiều dài bám dính hữu hiệu tối thiểu dự đoán hướng dẫn thiết kế điển [2] Điều dẫn đến trình bong tách CFRP dầm diễn đột ngột có dạng cut-off nêu Ngược lại, mẫu kéo trượt túy, chiều dài bám dính CFRP đủ dài lớn nhiều so với chiều dài bám dính hữu hiệu theo tiêu chuẩn đề cập làm cho trình truyền ứng suất diễn mượt mà làm xuất nhánh mềm hóa đường quan hệ ứng suất bám dính-độ trượt mẫu kéo trượt mặt (Hình 3.12) Khơng hồn tồn giống dầm gia cường không dùng hệ neo U-wraps, quan hệ ứng suất bám dính độ trượt CFRP dầm gia cường sử dụng hệ neo U-wraps có dạng song tuyến tính Ngun nhân hệ neo giúp ngăn chặn đáng kể trượt CFRP, làm tăng nhanh biến dạng Kết thực nghiệm cho thấy ứng suất bám dính cực hạn mẫu dầm gia cường kháng uốn CFRP khơng có có sử dụng hệ neo Uwraps tương ứng cao so với mẫu kéo trượt túy trung bình xấp xỉ 55% 237% 11 Bảng 3.1 Kết thí nghiệm dầm thực nghiệm Dầm M0 M2CB M4CB M6CB M2CB-AN1 M4CB-AN1 M6CB-AN1 M2CB-AN2 M4CB-AN2 C0 C4 C6 C4-AN2 C4-AN3r1 C4-AN5 RC0 RC4 RC6 RC4-AN2 RC4-AN3r1 Nhóm M C RC Pmax kN 145 156 165 190 176 189 199 169 189 132 174 178 188 187 174 125 156 173 180 180 Pcr /Prc kN 46 49 53 58 51 55 58 51 55 54/27 57/39 54/41 56/39 54/37 53/36 40/25 45/39 40/38 40/38 40/36 δu mm 75 82 87 105 100 116 124 90 115 118 96 90 142 151 136 97 87 89 130 124 εccu ‰ 3.5 1.9 2.2 2.7 2.6 2.8 3.0 2.4 2.5 3.9 3.1 3.2 3.3 3.6 3.4 2.8 3.2 2.9 3.7 3.6 εan,max ‰ 3.9 6.8 7.2 1.2 4.7 3.3 2.6 2.5 3.8 2.2 εfu,L/3 ‰ 12.4 11.4 8.1 14.5 12.9 9.5 13.9 11.5 11.2 10.3 14.9 18.6 12.0 7.5 6.7 11.2 11.1 12 εfu,mid ‰ 11.5 5.9 5.7 11.5 10.9 7.6 13.2 11.5 8.5 8.9 14.5 18.7 10.6 7.1 7.6 12.0 11.9 εpu,mid ‰ 8.9 8.9 9.3 9.8 14.7 11.0 11.5 10.1 10.8 8.5 8.0 8.2 9.7 10.6 8.8 8.5 7.7 7.5 9.1 8.7 wcru Eb N1-N2 Kiểu phá hoại mm Nmm (x103) 1.8 7152 TY+FC 0.8 8827 TY+LC+DB 1.0 10438 TY+LC+DB 1.4 13873 TY+LC+DB 1.4 11753 TY+LC+R 1.3 14994 TY+LC+RAN+DB 1.4 17452 TY+LC+RAN+DB 1.1 10065 TY+LC+R 1.3 15029 TY+LC+R 1.8 32-14 10591 TY+FC 1.0 32-14 10757 FCL+SFDB 0.9 38-13 10255 SFDB 1.3 36-13 18600 TY+FC+LDB 1.6 31-11 20102 TY+FC+DB+R 0.8 16624 TY+FC+DB 1.5 35-13 8463 FC 0.8 36-12 9164 FCL+SDB 0.7 31-12 9392 FCL+SDB 1.4 34-12 15780 TY+FC+FLDB 1.5 30-12 15197 TY+FC+FLDB CHƯƠNG HIỆU NĂNG GIA CƯỜNG KHÁNG UỐN CỦA TẤM CFRP CHO DẦM BTUST DÙNG CÁP KHƠNG BÁM DÍNH 4.1 Khả kháng uốn, biến dạng hấp thụ lượng dầm 4.1.1 So sánh khả kháng uốn biến dạng dầm nhóm RC với dầm nhóm M Trong giai đoạn sử dụng, độ cứng dầm nhóm RC nhỏ đáng kể so với dầm tương ứng nhóm M Tại cấp tải cho phép giai đoạn sử dụng dầm M0 (Pser,M0), giá trị chuyển vị dầm RC0 lớn 39% so với dầm M0; khi, giá trị chuyển vị dầm RC4 RC6 lớn 17% 44% so với dầm gia cường M4CB M6CB, chuyển vị dầm RC4-AN2 lớn 22% so với dầm M4CB-AN2 Khả kháng uốn dầm nhóm RC giai đoạn sử dụng giảm nhẹ so với dầm nhóm M (Hình 4.7b) (a) Tỉ số chuyển vị nhịp dầm (b) Tỉ số khả kháng uốn Hình 4.7 Tỉ số khả kháng uốn tỉ số chuyển vị nhịp cấp tải phá hoại dầm gia cường so với dầm đối chứng M0 Tuy nhiên, trạng thái giới hạn bền, khả kháng uốn dầm gia cường nhóm RC tương tự dầm gia cường nhóm M với mức giảm khơng lớn, thấp 4% 12% tương ứng với dầm gia cường lớp CFRP không neo, 6% so với dầm gia cường lớp CFRP có hệ neo AN2 4.1.2 Sự khác biệt khả kháng uốn biến dạng dầm nhóm C so với dầm nhóm M Tại cấp tải cho phép giai đoạn sử dụng dầm M0 (Pser,M0), giá trị chuyển vị dầm C0 lớn xấp xỉ 55% so với dầm M0; giá trị chuyển vị dầm C4 C6 lớn 34% 31% so với dầm M4CB M6CB, chuyển vị dầm C4-AN2 lớn 33% so với dầm M4CB-AN2 Khả kháng uốn dầm chịu ảnh hưởng tải lặp giai đoạn sử dụng giảm 41% dầm không gia cường, giảm 19% 15% cho dầm gia cường lớp CFRP không neo, 19% dầm gia cường lớp với AN2 13 (a) Tỉ số khả kháng uốn (b) Tỉ số chuyển vị nhịp dầm Hình 4.14 Tỉ số khả kháng uốn tỉ số chuyển vị nhịp cấp tải phá hoại dầm gia cường nhóm C nhóm M so với dầm M0 Giai đoạn bền, khả kháng uốn dầm chịu ảnh hưởng tải trọng lặp giảm so với dầm không chịu ảnh hưởng tải lặp (Hình 4.14a) Chuyển vị cuối dầm chịu ảnh hưởng tải trọng lặp lớn so với dầm không chịu ảnh hưởng tải trọng lặp, trừ dầm gia cường lớp không neo (Hình 4.14b) 4.2 Ứng xử nứt dầm BTUST dùng cáp khơng dám dính gia cường CFRP 4.2.1 Sự khác biệt ứng xử nứt dầm nhóm RC so với dầm nhóm M Ở cấp tải phá hoại dầm RC0 (Pu,0), bề rộng vết nứt dầm RC0 lớn đến 59% so với bề rộng nứt dầm M0, bề rộng vết nứt dầm nhóm RC (RC4, RC6 RC4-AN2) lớn từ 12 đến 17% so với bề rộng nứt dầm nhóm M (dầm M4CB, M6CB M4CB-AN2) Bề rộng vết nứt sau cấp tải phá hoại dầm nhóm M lại lớn so với nhóm RC 4.2.2 Sự khác biệt ứng xử nứt dầm nhóm C so với dầm nhóm M Ở cấp tải phá hoại dầm đối chứng chịu ảnh hưởng tải lặp dầm C0 (Pu,C0), bề rộng vết nứt dầm 1.84 mm, lớn 91% so với bề rộng nứt dầm M0; khi, bề rộng vết nứt dầm gia cường chịu ảnh hưởng tải lặp (dầm C4, C6 C4-AN2) lớn từ 2% đến 21% so với bề rộng nứt dầm gia cường không chịu ảnh hưởng tải lặp tương ứng (dầm M4CB, M6CB M4CB-AN2) 4.3 Biến dạng CFRP gia cường kháng uốn 4.3.1 Sự khác biệt biến dạng CFRP dầm nhóm RC so với nhóm M Tại cấp tải tương ứng với chuyển vị =L/250 dầm M0 (Pser,M0), biến dạng CFRP vùng mô men số dầm RC6 RC4-AN2 cao 25% 82% so với dầm nhóm M (M6CB M4CB-AN2); riêng biến dạng CFRP dầm RC4 tương tự với dầm M4CB (Hình 4.22) Tại cấp tải lớn dầm M0 (Pu,M0), biến dạng CFRP vùng mô men số 14 dầm RC6 RC4-AN2 cao 9% 35% so với dầm M6CB M4CB-AN2, riêng dầm RC4 thấp 12% so với dầm M4CB Tuy nhiên, biến dạng khơng có nhiều khác biệt cấp tải lớn dầm (Pu) (Hình 4.22) Hình 4.22 Tỉ số biến dạng CFRP dầm gia cường nhóm RC dầm gia cường tương ứng nhóm M 4.3.2 Sự khác biệt biến dạng CFRP dầm nhóm C so với nhóm M Biến dạng CFRP dầm chịu ảnh hưởng tải trọng lặp có xu hướng làm việc sớm có giá trị lớn đáng kể so với dầm không chịu ảnh hưởng tải trọng lặp giai đoạn sử dụng (cao từ 16 đến 69% cấp tải ứng với chuyển vị = L/250) Tuy vậy, cấp tải lớn dầm M0 (Pu,M0), biến dạng CFRP vùng mơ men số dầm nhóm C khơng có nhiều khác biệt so với dầm tương ứng nhóm M (Hình 4.25) Hình 4.25 Tỉ số biến dạng CFRP dầm gia cường nhóm C so với dầm gia cường tương ứng nhóm M 4.4 Biến dạng cáp ảnh hưởng CFRP gia cường kháng uốn 4.4.1 Sự khác biệt biến dạng cáp dầm nhóm RC so với dầm nhóm M Tại cấp tải tương ứng với chuyển vị =L/250 dầm M0 (Pser,M0), biến dạng tăng thêm cáp dầm RC0, RC4, RC6 RC4-AN2 cao 56%, 38%, 14% 23% so với dầm tương ứng nhóm M (dầm M0, M4CB, 15 M6CBC6 M4CB-AN2) (Hình 4.29) Tuy nhiên, cấp tải lớn dầm thí nghiệm (Pu), biến dạng tăng thêm cực hạn cáp dầm RC0, RC4, RC6 RC4-AN2 thấp 11%, 38%, 50% 30% so với dầm M0, M4CB, M6CB M4CB-AN2; cáp dầm nhóm RC chưa đạt đến giá trị chảy dẻo danh định ngoại trừ dầm RC4-AN2 (Hình 4.29) Hình 4.29 Tỉ số biến dạng cáp dầm nhóm RC dầm tương ứng nhóm M 4.4.2 Sự khác biệt biến dạng cáp dầm nhóm C so với dầm nhóm M Hình4.32 Tỉ số biến dạng cáp dầm nhóm C so với dầm nhóm M Tại cấp tải tương ứng với chuyển vị =L/250 dầm đối chứng M0 (Pser,M0), biến dạng tăng thêm cáp dầm chịu ảnh hưởng tải lặp bao gồm dầm C0, C4, C6 C4-AN2 cao 56%, 29%, 39% 40% so với dầm không chịu ảnh hưởng tải lặp tương ứng nhóm M (dầm M0, M4CB, M6CB M4CB-AN2) (Hình 4.32) Tuy nhiên, cấp tải lớn dầm thí nghiệm (Pu), biến dạng tăng thêm cực hạn cáp dầm C0, C4, C6 C4-AN2 thấp 13%, 29%, 5% 5% so với dầm M0, M4CB, M6CB M4CB-AN2; cáp dầm C6 C4-AN2 vượt xa giá trị chảy dẻo danh định (Hình 4.32) 16 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT CƠNG THỨC TÍNH BIẾN DẠNG CÁP, MƠ HÌNH VÀ CƠNG THỨC XÁC ĐỊNH BIẾN DẠNG BONG TÁCH CỦA TẤM CFRP 5.1 Cơng thức tính biến dạng cáp khơng bám dính có xét đến ảnh hưởng CFRP Công thức xác định biến dạng cáp khơng bám dính trường hợp dầm BTUST gia cường kháng uốn CFRP đề xuất dựa công thức xác định biến dạng cáp không bám dính [118] kết hợp với kết phân tích tương quan biến dạng cáp với thơng số gia cường kháng uốn CFRP có dạng đơn giản sau: Cho trường hợp dầm neo: ps ,CFRP Af E f fe dp − c = c 1 + 100 Ac Ec ffu L 0.59 (5.14) Cho trường hợp dầm có neo dạng U (U-wraps): ps ,CFRP Af E f fe dp − c = c 1 + 100 Ac Ec ffu L 1.35 (5.15) 5.2 Mơ hình bám dính - trượt cho liên kết CFRP-bê tông dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính 5.2.1 Mơ hình đề xuất Kết phân tích từ thực nghiệm nghiên cứu cho thấy quan hệ ứng suất bám dính-trượt liên kết CFRP bê tông hai vết nứt điển hình vùng mơ men số dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính có dạng Hình 5.4 Cường độ bám dính cực hạn CFRP cho trường hợp dầm BTUST dùng cáp không bám dính dự đốn dựa cơng thức đề xuất theo [130] cho trường hợp cấu kiện BTCT hiệu chỉnh lại sau: max,pred = 0.7k p f c ft max,pred = 1.68k p f c f t (5.17) Kết dự đoán lượng bong tách CFRP gia cường cho dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính từ cơng thức đề xuất cho kết sát với thực nghiệm với giá trị Mean = 1.00 COV =0.22 (Hình 5.5) 17 Hình 5.5 So sánh lượng bong tách xác định từ cơng thức dự đốn từ thực nghiệm Hình 5.4 Mơ hình bám dính trượt đề xuất 5.3 Cơng thức tính tốn biến dạng bong tách CFRP cho dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính Ứng suất bong tách lớn FRP dầm gia cường xác định theo [132] sau: f max = b f max ta E f t f Ga max = max ta Ga E f t f (5.26) Bên cạnh đó, kết nghiên cứu từ thực nghiệm trình bày Chương cho thấy thời điểm phá hoại bong tách, độ võng, biến dạng nén bê tông cốt thép dầm tăng nhanh Lúc kiểu bong tách dầm không túy dạng II túy, mà chuyển sang dạng kết hợp (dạng I II) [133], [134] Từ phương trình (5.26) kết hồi quy tuyến tính từ thực nghiệm, biến dạng bong tách dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính gia cường kháng uốn CFRP xác định sau: max = 2G f Ef tf (5.29) Công thức dự đoán đề xuất cho kết dự đoán sát với thực nghiệm có độ ổn định cao với giá trị Mean COV 0.99 0.16 (Hình 5.8) 5.4 Kiểm chứng Tính xác cơng thức đề xuất [ct (5.14), (5.15) (5.16)] trình bày Mục 5.1 [ct (5.29)] Mục 5.3, kiểm chứng lần 18 dựa việc kiểm chứng khả kháng uốn của 33 dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính gia cường CFRP bao gồm 18 dầm nghiên cứu 15 dầm, sàn từ nghiên cứu [28] Quy trình tính tốn đề xuất cho kết sát với thực nghiệm có độ ổn định cao với giá trị Mean COV tương ứng 0.95 0.08 (Hình 5.9) Hình 5.8 So sánh biến dạng bong tách CFRP dự đốn từ cơng thức đề xuất từ thực nghiệm Hình 5.9 So sánh mơ men uốn cực hạn cơng thức dự đốn thực nghiệm KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ❖ KẾT LUẬN ➢ Đặc tính bám dính liên kết CFRP - bê tơng dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính (1) Biến dạng CFRP dầm thay đổi nhanh, đột ngột lớn đáng kể điểm gần mép vết nứt so với vùng lân cận vết nứt, ảnh hưởng mạnh hệ neo CFRP U-wraps Biến dạng bong tách dầm bị nứt trước gia cường thấp so với dầm nguyên gia cường (35-40%) (2) Các vết nứt làm cho ứng suất bám dính CFRP vùng nhịp dầm phân bố phức tạp, không đặn mẫu kéo trượt mặt thay đổi liên tục Quan hệ ứng suất bám dính-độ trượt vùng nứt điển hình dầm có dạng xấp xỉ tuyến tính, khơng có xu hướng mềm hóa (3) Biến dạng bong tách CFRP tính toán từ hướng dẫn tiêu chuẩn thiết kế gia cường kết cấu bê tông dùng FRP dán hành nhỏ nhiều so với giá trị biến dạng bong tách CFRP thực nghiệm cho trường hợp dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính (nhỏ trung bình 41.83%) ➢ Hiệu gia cường kháng uốn CFRP cho dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính 19 (1) Hiệu gia cường kháng uốn CFRP chịu ảnh hưởng mạnh yếu tố tình trạng dầm trước gia cường tính chất tải trọng giai đoạn sử dụng bị tác động giai đoạn bền Ở giai đoạn bền, CFRP làm tăng khả kháng uốn dầm từ 35 đến 41% mức độ gia tăng tỉ lệ nghịch với số lớp CFRP Hệ neo U-wraps ảnh hưởng không rõ nét đến khả kháng uốn dầm giai đoạn sử dụng đáng kể giai đoạn bền (tối đa 27% cho dầm nguyên trước gia cường, 15% cho dầm nứt trước gia cường, xấp xỉ 8% cho dầm ảnh hưởng tải lặp) (2) Tấm CFRP giúp giảm đáng kể bề rộng vết nứt dầm giai đoạn sử dụng bền; giảm mạnh chuyển vị dầm giai đoạn sử dụng, tăng mạnh chuyển vị cuối khả hấp thụ lượng dầm Tình trạng dầm trước gia cường tính chất tải trọng ảnh hưởng mạnh đến bề rộng vết nứt, chuyển vị khả hấp thụ lượng giai đoạn sử dụng không đáng kể giai đoạn bền Hệ neo U-wraps ảnh hưởng rõ nét đến dạng phá hoại dầm giúp tăng đáng kể chuyển vị cuối cùng, khả hấp thụ lượng độ dẻo dầm (3) Biến dạng CFRP dầm nứt trước gia cường cao so với dầm nguyên trước gia cường (từ 25-82% giai đoạn sử dụng từ 5-34% giai đoạn bền) Tấm CFRP dầm chịu ảnh hưởng tải trọng lặp có xu hướng làm việc sớm biến dạng lớn đáng kể so với dầm không chịu ảnh hưởng tải trọng lặp (từ 16-69% giai đoạn sử dụng từ 27-30% giai đoạn bền) Hệ neo dạng U-wrap phân bố hai đầu dầm phát huy tốt vai trò chúng việc hạn chế bong tách sớm tấm, giúp tăng mạnh biến dạng cuối CFRP (đến 66%) (4) Tấm CFRP làm giảm đáng kể biến dạng cáp dầm gia cường giai đoạn sử dụng (từ 7-44%) Biến dạng tăng thêm cáp dầm bị nứt trước gia cường chịu ảnh hưởng tải trọng lặp tăng mạnh giai đoạn sử dụng (từ 14 đến 56%) có xu hướng giảm giai đoạn bền (từ đến 50%) Sự gia tăng biến dạng cáp lớn dầm gia cường có neo cao so với dầm không neo (từ 10 đến 65%) Tăng số lớp CFRP gia cường ảnh hưởng đáng kể đến gia tăng biến dạng tăng thêm cáp nhóm dầm nguyên trước gia cường ➢ Các công thức đề xuất cho dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính gia cường kháng uốn CFRP (1) Kết kiểm chứng công thức đề xuất xác định biến dạng cáp không bám dính xét đến ảnh hưởng CFRP cho kết tốt có độ ổn định cao thể qua giá trị Mean hệ số COV tỉ số mô men kháng uốn xác định từ cơng thức dự đốn so với thực nghiệm 0.95 0.08 20 (2) Mơ hình lượng bong tách FRP đề xuất cho dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính cho kết gần thực nghiệm với giá trị Mean COV tỉ số lượng dự đốn từ mơ hình tính lượng thực nghiệm 1.0 0.22 (3) Cơng thức đề xuất tính biến dạng bong tách CFRP cho dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính khơng có có hệ neo dạng U đơn giản, dễ sử dụng cho kết gần với thực nghiệm, ổn định thể qua giá trị Mean COV tỉ số biến dạng bong tách từ công thức dự đoán đề xuất với biến dạng bong tách thực nghiệm 0.99 0.16 ❖ KIẾN NGHỊ Luận án nghiên cứu hiệu gia cường kháng uốn CFRP cho dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính với tham số khảo sát tương đối tổng quát bao gồm thay đổi hàm lượng CFRP, tình trạng dầm trước gia cường, loại tải trọng kiểu neo U-CFRP Tuy nhiên, hạn chế kinh phí, thiết bị thí nghiệm thời gian nghiên cứu, nghiên cứu xét đến ảnh hưởng tải lặp với số chu kỳ hữu hạn, nên chưa đánh giá hiệu gia cường kháng uốn CFRP dầm trạng thái mỏi Bên cạnh đó, ảnh hưởng thay đổi ứng suất căng hữu hiệu cáp không bám dính tổn hao ngắn dài hạn gây nên đến hiệu gia cường kháng uốn CFRP cho dầm, đặc biệt dầm liên tục chưa làm rõ Để hiểu biết ứng xử uốn dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính gia cường CFRP đầy đủ hơn, vấn đề kiến nghị cho hướng nghiên cứu 21 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Tạp chí quốc tế P Phan-Vu et al., “Distinguished bond behaviour of CFRP sheets in unbonded post-tensioned reinforced concrete beams versus single-lap shear tests,” Engineering Structures, vol 234, p 111794, 2021 D T Tran, P Phan-Vu, T M Pham, T D Dang, and L Nguyen-Minh, “Repeated and post-repeated flexural behavior of unbonded post-tensioned concrete T-beams strengthened with CFRP sheets,” Journal of Composites for Construction, vol 24, no 2, p 04019064, Apr 2020 L Nguyen-Minh et al., “Flexural-strengthening efficiency of cfrp sheets for unbonded post-tensioned concrete T-beams,” Engineering Structures, vol 166, pp 1–15, Jul 2018 Tạp chí nước P V Phương N M Long, “So sánh ứng xử bong tách CFRP dầm UPC chịu uốn mẫu kéo trượt mặt,” Tạp chí Xây dựng Việt Nam, no 623, pp 105–112, 2020 P V Phương N M Long, “Kiểm chứng cơng thức dự đốn cường độ bám dính liên kết CFRP-bê tơng có cho dầm UPC,” Tạp chí Xây dựng Việt Nam, no 625, pp 182–189, 2020 P V Phương cộng sự., “Ứng xử uốn dầm bê tông căng sau dùng cáp không bám dính gia cường CFRP chịu tải trọng lặp,” Tạp chí Xây dựng Việt Nam, no 604, pp 144–150, 2018 P V Phương cộng sự., “Tương tác gia cường CFRP kháng uốn cáp không bám dính dầm bê tơng căng sau: thực nghiệm cơng thức,” Tạp chí Xây dựng Việt Nam, no 603, pp 38–43, 2018 P V Phương cộng sự., “Hiệu gia cường kháng uốn CFRP dầm chữ T ứng suất trước có khơng có hệ neo CFRP dạng dải U,” Tạp chí Khoa học Đại học Mở TP HCM, vol 6, no 51, pp 1–13, 2016 ... bám dính - trượt liên kết CFRP – bê tông cho dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính đề xuất cơng thức tính biến dạng cáp dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính có kể đến ảnh hưởng gia cường kháng uốn CFRP. .. sớm hay muộn CFRP hiệu gia cường kháng uốn định ứng xử bám dính CFRP với bề mặt bê tông cấu kiện gia cường Tuy vậy, hiểu biết ứng xử bám dính liên kết CFRP- bê tơng cấu kiện gia cường hầu hết... Làm sáng tỏ đặc tính bám dính CFRP bê tơng dầm BTUST dùng cáp khơng bám dính; (2) Định lượng hóa hiệu gia cường kháng uốn CFRP cho dầm đơn giản BTUST dùng cáp khơng bám dính tác dụng tải trọng
Ngày đăng: 28/10/2022, 22:09
Xem thêm:
