Hiệu quả gia cường của tấm BFRP cho cột bê tông cốt thép bị ăn mòn chịu nén lệch tâm

Bài viết Hiệu quả gia cường của tấm BFRP cho cột bê tông cốt thép bị ăn mòn chịu nén lệch tâm trình bày khảo sát thực nghiệm hiệu quả gia cường bó hông của tấm sợi basalt (BFRP) đối với cột bê tông cốt thép (BTCT) bị ăn mòn chịu nén lệch tâm. Khảo sát thực nghiệm được tiến hành trên chín mẫu cột BTCT với kích thước cỡ trung (200×200×800 mm) bị ăn mòn chịu nén lệch tâm.

Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, ĐHXDHN, 2022 HIỆU QUẢ GIA CƯỜNG CỦA TẤM BFRP CHO CỘT BÊ TƠNG CỐT THÉP BỊ ĂN MỊN CHỊU NÉN LỆCH TÂM Huỳnh Xn Tína , Ngơ Hữu Cườngb,c , Nguyễn Minh Longb,c,∗ a Phân hiệu TP Hồ Chí Minh, Trường Đại học Giao thông vận tải, 450-451 đường Lê Văn Việt, TP Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam b Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, 268 đường Lý Thường Kiệt, quận 10, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam c Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, phường Linh Trung, TP Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh, Việt Nam Nhận ngày 16/9/2022, Sửa xong 08/11/2022, Chấp nhận đăng 11/11/2022 Tóm tắt Bài báo khảo sát thực nghiệm hiệu gia cường bó hơng sợi basalt (BFRP) cột bê tơng cốt thép (BTCT) bị ăn mịn chịu nén lệch tâm Khảo sát thực nghiệm tiến hành chín mẫu cột BTCT với kích thước cỡ trung (200×200×800 mm) bị ăn mịn chịu nén lệch tâm Các thông số khảo sát bao gồm ba mức độ ăn mịn cốt thép tính theo khối lượng (khơng ăn mịn, cốt đai bị ăn mịn 15% cốt dọc khơng bị ăn mòn, cốt đai cốt dọc bị ăn mòn 15%) số lớp BFRP gia cường bó hơng (một lớp ba lớp) Kết cho thấy hiệu gia cường đáng kể BFRP việc cải thiện khả chịu nén lệch tâm cột BTCT có cốt thép bị ăn mịn (lên đến 30%) Tấm BFRP ngăn chặn hiệu suy giảm khả chịu nén lệch tâm cột gia cường gây nên ăn mòn cốt thép (lên đến 80%) Ăn mòn cốt thép làm giảm hiệu BFRP việc cải thiện mức độ hấp thụ lượng độ dẻo dai cột làm giảm biến dạng cuối BFRP Từ khố: cột bê tơng cốt thép; cốt dọc đai bị ăn mòn; BFRP; nén lệch tâm; hiệu gia cường CONFINED-STRENGTHENING EFFICACY OF BFRP SHEETS FOR CORRODDED REINFORCED CONCRETE COLUMNS UNDER ECCENTRIC-COMPRESSIVE LOADS Abstract The paper investigates the behavior of corroded reinforced concrete (RC) columns strengthened by BFRP sheets under eccentric-compression loads The experiment program includes nine mid-scale square corroded RC columns (200×200×800 mm) under eccentric-compression loads The studied variables include three levels of reinforcement corrosion by mass (no corrosion, stirrup corrosion of 15% and longitudinal reinforcement without corrosion, and both stirrup and longitudinal reinforcement corrosion of 15%), and number of BFRPconfinement layers (1 and 3) The results reveal that the BFRP sheets significantly improve their eccentriccompressive capacity (up to 30%) BFRP sheets also effectively prevent reduction of eccentric-compression capacity of the columns due to reinforcement corrosion (up to 80%) Reinforcement corrosion also causes considerable reduction of energy absortion capacity and ductility of the columns as well as the decrease of BFRP final strain Keywords: RC columns; reinforcement corrosion; BFRP sheets; eccentricity loading; strengthening effectiveness © 2022 Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (ĐHXDHN) ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: nguyenminhlong@hcmut.edu.vn (Long, N M.) Tín, H X., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Đặt vấn đề Tính hiệu cao phương pháp dùng vật liệu polymer sợi (FRP) gia cường cho cấu kiện cột bê tông cốt thép (BTCT) khẳng định nhiều nghiên cứu liên quan đến nén tâm [1–4] nén lệch tâm [5–8] Các nghiên cứu phần lớn tập trung vào đánh giá hiệu gia cường loại sợi các-bon (CFRP) đặc tính học tốt loại cường độ, mơ-đun đàn hồi cao bị ảnh hưởng yếu tố môi trường Một vấn đề lớn CFRP giá thành cao khiến cho tính kinh tế phương án thiết kế gia cường dùng loại bị hạn chế số trường hợp Để giải vấn đề giá thành cao CFRP, số nghiên cứu liên quan đến gia cường cột BTCT chịu nén lệch tâm dùng sợi thủy tinh (GFRP) [9, 10]; vậy, GFRP lại có nhược điểm mơ-đun đàn hồi thấp dễ bị từ biến [11, 12] Tấm sợi basalt (BFRP) phát triển muộn nhằm khắc phục điểm yếu vừa nêu GFRP Tấm BFRP với khả chịu lực tốt GFRP có giá thành thấp đáng kể so với CFRP giải pháp gia cường khả thi; đặc biệt vấn đề gia cường khơng địi hỏi gia tăng đáng kể khả chịu lực hay dừng lại yêu cầu phục hồi khả chịu lực ban đầu cột Trong vài năm gần đây, số nghiên cứu bắt đầu sử dụng BFRP gia cường bó hơng cho cột Mote Jadhav [13] khảo sát thực nghiệm mười bốn mẫu cột BTCT trịn (130×700 mm) gia cường hai lớp BFRP chịu nén tâm Nghiên cứu cho thấy hai lớp BFRP làm tăng khả chịu lực độ dẻo dai mẫu lên 1,7 2,0 lần Jiang cộng [14] Yao Wu [15] nghiên cứu kết hợp BFRP gia cường theo dạng xẻ rãnh (NSM) BFRP dán gia cường trụ cầu BTCT tiết diện trịn vng chịu tải trọng tải nén tâm kết hợp với tải trọng ngang theo chu kỳ Các tác giả nhận thấy phương pháp kết hợp BFRP xẻ rãnh BFRP dán làm tăng độ cứng, độ dẻo dai khả chịu lực cột Ouyang cộng [16] thực nghiên cứu so sánh hiệu gia cường BFRP CFRP cột vuông BTCT tác động tải động đất Nghiên cứu sợi basalt (BFRP) tiềm cho công tác sửa chữa cột, đáp ứng yêu cầu kinh tế kỹ thuật, có khả thay sợi FRP truyền thống công tác gia cường cột BTCT Trong thực tế, giải pháp gia cường dùng vật liệu FRP phần lớn triển khai cho kết cấu bị xuống cấp hay hư hỏng định, phần lớn cốt thép chịu lực kết cấu bị ăn mòn Trong kết cấu cơng trình BTCT, cột cấu kiện chịu lực nhạy cảm với vấn đề xâm thực chúng thường tiếp xúc trực tiếp với yếu tố có hại từ mơi trường xung quanh độ ẩm, nước, ion clo hay sunfat có nước mặn, thường gây nên tượng ăn mòn cốt thép Cốt thép chịu lực bị ăn mịn khơng khiến cho diện tích tiết diện bị suy giảm mà cịn cường độ chúng làm ảnh hưởng đến đặc trưng kết cấu cột [17] Điều đáng nói nay, số lượng nghiên cứu liên quan đến khảo sát hiệu làm việc loại BFRP tiềm việc gia cường cột BTCT có cốt chịu lực (cốt đai cốt dọc) bị ăn mòn chịu nén lệch tâm hạn chế Một vài nghiên cứu liên quan đến ứng xử cột BTCT bị ăn mòn gia cường CFRP chịu nén lệch tâm kể đến [18] gần [19] Các nghiên cứu kết luận ăn mòn cốt thép làm giảm hiệu gia cường CFRP Gần nhất, Yuan Shen [20] khảo sát thực nghiệm bốn cột BTCT (250×250×1300 mm) có cốt thép bị ăn mòn mức độ nhẹ (8% theo khối lượng) Các cột gia cường BFRP chịu tải nén tâm kết hợp với tải trọng ngang theo chu kỳ Kết cho thấy BFRP nâng cao độ dẻo dai khả chịu lực cột Để cung cấp thêm thông tin nhằm làm sáng tỏ, tường minh đầy đủ hiệu gia cường loại BFRP tiềm cho cột BTCT bị ăn mịn, báo trình bày nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng ăn mòn cốt đai cốt dọc đến hiệu gia cường BFRP bó Tín, H X., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng hông cột BTCT chịu nén lệch tâm Chương trình thực nghiệm tiến hành chín cột BTCT có kích thước 200×200×800 mm có cốt đai cốt dọc khơng bị ăn mịn bị ăn mịn 15% (theo khối lượng), gia cường lớp dán dọc mặt kéo; ba lớp BFRP bó hơng Độ lệch tâm tương đối e/h = 0,375 (tương ứng với lệch tâm lớn) với e độ lệch tâm tuyệt đối (e = 75 mm) h chiều cao tiết diện cột Mục tiêu báo làm rõ ảnh hưởng ăn mòn cốt đai cốt dọc đến đặc trưng kết cấu cột BTCT gia cường BFRP chịu nén lệch tâm khả chịu lực, chuyển vị, độ dẻo dai hấp thụ lượng hiệu gia cường BFRP Chương trình thực nghiệm 2.1 Vật liệu Các cột thí nghiệm sử dụng bê tông với cấp phối sau: xi măng PC40 (405 kg/m3 ); đá 1x2 (22 mm, 931 kg/m3 ); cát sông (04 mm, 527 kg/m3 ); cát nghiền (02 mm, 358 kg/m3 ); phụ gia dẻo (4 l/m3 ) Độ sụt bê tông xấp xỉ 12±2 cm Cường độ chịu nén trung bình dọc trục fc,cube kéo chẻ f sp,cube thực tế bê tông xác định kết nén sáu mẫu lập phương 150×150×150 mm theo tiêu chuẩn [21, 22] (Bảng 1) Giới hạn chảy fy giới hạn bền fu trung bình cốt thép dọc chịu kéo cốt thép xác định ba mẫu theo tiêu chuẩn [23] (Bảng 1) Tấm sợi basalt đơn hướng (BFRP) sử dụng dày 0,11 mm hãng Changzhou Utek Composite Co., Ltd (Trung Quốc), với đặc trưng học Bảng Keo epoxy hai thành phần sử dụng hãng Toray Industries, Inc (Nhật Bản) có thơng số học fimp,u Eimp 41,2 MPa 2,3 MPa Bảng Tính chất học BFRP, cốt thép bê tông BFRP Mean COV Cốt thép dọc Cốt thép đai Bê tông t∗f mm ff fu MPa Ef GPa εfu % fu MPa fy MPa Es GPa fuw MPa fyw MPa E sw GPa fc,cube MPa f sp,cube MPa 0,1 - 2131 0,07 105 0,1 2,3 0,1 530 0,03 350 0,01 200 - 470 0,02 390 0,01 200 - 59,0 0,06 5,8 0,05 Ghi chú: * Giá trị cung cấp nhà sản xuất; Mean giá trị trung bình COV độ lệch tương đối 2.2 Cột thí nghiệm Hình Cấu tạo cột thí nghiệm Tín, H X., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Chương trình thực nghiệm tiến hành chín mẫu cột BTCT kích thước 200×200×800 mm (Hình Bảng 2) Mỗi cột bố trí bốn thép dọc đường kính 16 mm; cốt đai đường kính mm đặt với khoảng cách 100 mm Ở đầu cột, cốt đai bố trí khoảng cách 50 mm nhằm tránh phá hoại cục đầu thí nghiệm Các cột chia thành ba nhóm A, B C Nhóm A có cốt thép đai cốt dọc khơng ăn mịn; nhóm B có cốt thép đai ăn mịn 15% (tính theo khối lượng) cốt dọc khơng ăn mịn; nhóm C có cốt thép đai cốt dọc ăn mịn 15% Mỗi nhóm gồm ba cột; đó, có cột khơng gia cường, cột gia cường lớp dán dọc mặt kéo lớp BFRP bó hơng, cột gia cường lớp dán dọc mặt kéo ba lớp BFRP bó hơng Nghiên cứu hướng đến việc mô gần trường hợp sửa chữa gia cường cột FRP thực tế phương pháp tạo ăn mòn cốt thép không tẩy gỉ trước đúc mẫu [24, 25] sử dụng Cốt thép mẫu cột ngâm dung dịch axit H2SO4, nồng độ 40%, để tạo ăn mòn mức độ đồng Mức độ ăn mịn cốt thép kiểm tra hàng tuần thông qua mẫu thép đại diện dài 200 mm có đường kính ngâm lúc cốt thép chịu lực cột Tại thời điểm kiểm tra, hai mẫu thép đại diện cho cốt dọc cốt đai vừa nêu lấy ra, làm cân Dựa khối lượng bị ăn mòn mẫu thép đại diện này, mức độ ăn mòn cốt thép xác định Các thép ngâm đạt đến mức độ ăn mòn đặt Sau đó, thép dùng để tạo mẫu cột mà không làm gỉ sét tạo q trình ăn mịn xung quanh bề mặt cốt thép với mục đích phản ánh cho xác thật suy giảm bám dính bề mặt cốt thép bị ăn mòn với bê tông xung quanh Ba cột đối chứng bảo dưỡng phòng với nhiệt độ 26°C - 30°C độ ẩm 60% - 80% 28 ngày sau tiến hành thí nghiệm Sáu cột gia cường BFRP, sau 28 ngày bảo dưỡng, tiến hành gia cường bó hơng BFRP Bảng Tổng hợp cấu tạo mẫu thí nghiệm Số lớp BFRP Mức độ ăn mòn (%) Tên mẫu Dán dọc* Quấn ngang Cốt thép đai Cốt thép dọc Độ lệch tâm, e (mm) A A00 A11 A13 1 0 0 0 75 75 75 B B00 B11 B13 1 15 15 15 0 75 75 75 C C00 C11 C13 1 15 15 15 15 15 15 75 75 75 Nhóm Ghi chú: * Tấm BFRP dán dọc mặt kéo lớn 2.3 Quy trình thí nghiệm bố trí thiết bị đo Tất cột thí nghiệm nén với độ lệch tâm tương đối e/h = 0,375 (Hình 2), e độ lệch tâm tuyệt đối h chiều cao tiết diện cột Chuyển vị cột xác định dựa sáu chuyển vị kế điện tử (LVDTs), ba LVDTs đo chuyển vị đứng ba LVDTs đo chuyển vị ngang Biến dạng bê tông đo ba cảm biến dán 1/2 1/4 chiều cao cột Biến dạng Tín, H X., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng thép dọc đo ba cảm biến dán 1/2 1/4 chiều cao cột; biến dạng cốt đai xác định thông qua ba cảm biến cốt đai cột Biến dạng BFRP đo với bốn cảm biến hai mặt cắt (Hình 3(b)) Tất giá trị lực, chuyển vị biến dạng đo tự động thông qua thiết bị thu nhận số liệu Sơ đồ vị trí lắp đặt thiết bị đo đạc thể Hình Hình thể số hình ảnh thực tế triển khai cho cơng tác tạo ăn mòn cốt thép, đúc mẫu, dán BFRP nén mẫu Hình Sơ đồ thí nghiệm chi tiết bố trí thiết bị đo đạc cho cột (a) Cho thép bê tông (b) Cho BFRP Hình Bố trí cảm biến đo đạc Tín, H X., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (a) Tạo ăn mịn cốt thép (b) Đúc mẫu bê tông (c) Dán BFRP (d) Cơng tác nén mẫu Hình Hình ảnh thực tế thí nghiệm Kết thí nghiệm thảo luận 3.1 Kiểu phá hoại cột thí nghiệm Kết thí nghiệm trình bày Bảng kiểu phá hoại cột thể Hình Các mẫu cột khơng gia cường BFRP bị phá hoại cốt dọc vùng nén bị chảy sau bê tơng vùng bị nén vỡ khu vực cột (Hình – mẫu A00, B00 C00); thời điểm cột bị phá hoại, cốt dọc vùng chịu kéo cột không chảy Cốt thép dọc chịu nén bắt đầu bị chảy cấp tải 67%Pu đến 88%Pu ; khi, cốt thép chịu kéo có xu hướng làm việc không bị chảy, đặc trưng cho ứng xử cột ngắn Ở cấp tải tiệm cận Pu , biến dạng nén bê tông tăng nhanh làm cho cột bị phá hủy vùng chịu nén Quan sát vị trí nén vỡ, thép dọc chịu nén bị cong vênh cốt thép đai nguyên vẹn, cho thấy chúng chưa làm việc nhiều Mức độ ăn mịn cấu hình ăn mịn ảnh hưởng không rõ ràng tới kiểu phá hoại mẫu không gia cường Bảng Tổng hợp kết thí nghiệm Mẫu Pu Pu,st Py δu,h δu,v δy,v ε su,t ε su,c ε swu,c ε swu,side εcu ε f con,u,t ε f con,u,c ε f f lex,u K0 kN kN kN mm mm mm %o %o %o %o %o %o %o %o kN/mm A00 A11 A13 B00 B11 B13 C00 C11 C13 760 790 826 656 768 803 611 745 794 593 664 720 580 644 648 410 552 638 626 744 697 495 656 622 437 600 647 3,5 3,8 3,9 3,4 3,4 4,0 3,2 3,2 3,1 4,8 6,5 6,6 4,6 6,2 6,4 4,6 5,5 5,9 3,2 3,7 3,3 3,0 3,8 3,2 3,1 3,9 4,0 0,6 0,9 1,0 0,6 0,7 0,9 0,5 0,6 0,9 -3,8 -4,5 -4,8 -3,7 -4,3 -4,6 -3,4 -4,2 -4,5 0,3 1,2 1,2 0,3 0,9 0,9 0,3 0,8 0,7 0,11 0,10 0,11 0,08 0,11 0,25 0,08 0,15 0,21 -3.2 -3,6 -3,7 -3,0 -3,5 -3,6 -2,9 -3,4 -3,6 1,1 0,8 0,8 0,6 0,7 0,5 10,0 10,1 9,9 9,5 9,0 8,4 2,8 3,0 2,7 2,8 2,5 2,8 197 199 214 165 172 194 139 152 161 µ - Eabs kNmm 1,5 1,7 2,0 1,5 1,6 2,0 1,5 1,4 1,5 2198 3619 3786 1714 2996 3443 1448 2404 2840 Tín, H X., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Ghi chú: Pu tải trọng lớn mẫu, kN; Py cấp tải chuyển tiếp, mô tả chuyển tiếp rõ ràng từ ứng xử đàn hồi qua phi tuyến cột, kN; Py,st cấp tải chảy dẻo cốt thép dọc, kN; δu,v δu,h chuyển vị đứng chuyển vị ngang lớn cột; ε su,t ε su,c biến dạng lớn cốt thép dọc mặt kéo mặt nén cột; ε swu,c ε swu,side biến dạng lớn cốt đai mặt nén mặt bên (nằm mặt kéo mặt nén) cột; εcu biến dạng nén lớn bê tông mặt nén cột; ε f con,u,t ε f con,u,c biến dạng lớn BFRP bó hơng mặt kéo mặt nén cột; ε f f lex,u biến dạng lớn BFRP dán dọc mặt kéo cột; K0 độ cứng giai đoạn đầu cột, = Py /δy,v , kN/mm; δy,v chuyển vị đứng cột cấp tải Py , mm; µ độ dẻo cột, = δu,v /δy,v ; Eabs khả hấp thụ lượng cột (a) Nhóm A – khơng bị ăn mịn (b) Nhóm B – cốt đai ăn mịn 15% + cốt dọc khơng ăn mịn (c) Nhóm C – cốt đai cốt dọc ăn mịn 15% Hình Kiểu phá hoại cột thí nghiệm Đối với mẫu cột gia cường, kiểu phá hoại cột cốt dọc vùng nén bị chảy, BFRP bị bong kéo đứt, bê tơng mặt nén bị nén vỡ (Hình – mẫu A11, A13, B11, B13, C11 C13) Trong cột này, cốt dọc vùng nén bị chảy cấp tải 74% đến 87%Pu Tại cấp tải lớn nhất, Pu , BFRP bó hơng bị bong kéo đứt gần lúc liền sau phá hoại bê tơng vùng nén khiến cho cột khả chịu lực Tại thời điểm cột bị phá hoại, cốt dọc vùng kéo không bị chảy không quan sát thấy tượng cong vênh cốt dọc vùng bê tông bị nén vỡ cột không gia cường Tấm BFRP dán dọc cột mặt kéo nguyên, bị bong tách cục vùng bê tông bị nén vỡ kéo theo lớp bê tông bảo vệ không bị đứt, gãy 3.2 Quan hệ lực – chuyển vị Quan hệ lực – chuyển vị đứng (δv ) chuyển vị ngang (δh ) cột tổng hợp Hình Trong giai đoạn đầu, trước cấp tải chuyển tiếp, Py (định nghĩa Hình theo [26]), quan hệ lực chuyển vị đứng ngang cột gần tuyến tính Cấp tải Py cột không gia cường (đối chứng) cột gia cường dao động từ 0,71 đến 0,82Pu từ 0,78 đến 0,94Pu (Bảng 3) Chuyển vị (đứng ngang) cột gia cường tăng chậm so với cột không gia cường (cột đối chứng) tốc độ gia tăng chuyển vị cột bị ăn mòn nhanh so với cột khơng bị ăn mịn tương ứng Chuyển vị cột, đặc biệt chuyển vị đứng, có liên quan mật thiết đến độ cứng ban đầu (K0 ) cột Hình cho thấy độ cứng ban đầu (K0 ) cột không gia cường bị giảm mạnh theo ăn mòn cốt thép lên đến 29% so với cột khơng bị Tín, H X., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (a) Nhóm A (b) Nhóm B (c) Nhóm C Hình Quan hệ lực chuyển vị cột thí nghiệm Hình Xác định cấp tải chuyển tiếp (điểm chảy) Hình So sánh độ cứng ban đầu cột nhóm B, C (K0 ) với độ cứng ban đầu cột nhóm A (K0,A ) tương ứng Tín, H X., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng ăn mịn; độ cứng ban đầu (K0 ) cột gia cường có xu hướng giảm so với cột không gia cường tương ứng Điều cho thấy BFRP bó hơng nhờ vào khả kiểm soát nứt ngăn chặn hiệu suy giảm độ cứng cột gây nên ăn mòn cốt thép, từ giúp hạn chế đáng kể tốc độ gia tăng chuyển vị cột Trong giai đoạn này, cấp tải chuyển tiếp (Py ), chuyển vị đứng cột (δy,v ) có xu hướng tăng nhanh so với chuyển vị ngang (δy,h ), thể qua tỉ số δy,h /δy,v cột đối chứng cột gia cường dao động từ 0,63 đến 0,68 từ 0,59 đến 0,64, có xu hướng tăng theo mức độ ăn mòn cốt thép (Hình 9) Ngun nhân xu hướng cốt thép bị ăn mòn mức độ lớn khiến cho ứng suất bó hơng giảm; Ghi chú: δy,h δy chuyển vị ngang vết nứt xuất sớm hơn, từ dẫn tới độ cứng chuyển vị đứng cấp tải chuyển Py kháng uốn cột bị suy giảm nhanh so với cột đối chứng Hình So sánh chuyển vị ngang chuyển vị Ở giai đoạn hai, từ cấp tải chuyển tiếp (Py ) đến đứng cấp tải chuyển tiếp (Py ) cột bị phá hoại (cấp tải Pu ), quan hệ lực chuyển vị đứng ngang cột trở trở nên phi tuyến rõ; độ cứng cột suy giảm nhanh kéo theo gia tăng nhanh chóng chuyển vị dọc trục chuyển vị ngang Trong giai đoạn này, tốc độ gia tăng chuyển vị ngang cột bắt đầu tăng nhanh so với giai đoạn đầu Mặc dù vậy, cấp tải phá hoại, chuyển vị ngang cuối (δu,h ) cột không gia cường nhỏ 69% đến 74% chuyển vị đứng cuối (δu,v ); δu,h cột gia cường 52% đến 62%δu,v (Bảng 3) Kết cho thấy BFRP làm giảm tỉ số chuyển vị ngang chuyển vị đứng cuối (δu,h /δu,v ) cột Ngoài ra, mức độ ăn mịn cốt thép ảnh hưởng khơng đáng tỉ số δu,h /δu,v Bảng cho thấy BFRP hiệu ứng bó hơng làm gia tăng mạnh chuyển vị đứng cuối (δu,v ) cột (lên tới 40%) gia tăng tỉ lệ thuận với số lớp gia cường 3.3 Hiệu gia cường Cốt thép bị ăn mòn làm suy giảm mạnh khả chịu nén lệch tâm cột không gia cường Trong khi, BFRP nhờ vào khả kiểm soát nứt uốn (của dán dọc) ứng suất bó hơng (được tạo bó hơng) góp phần ngăn chặn hiệu suy giảm khả chịu nén lệch tâm cột gia cường gây nên ăn mòn cốt thép giúp cho khả chịu lực cột gia cường bị suy giảm nhẹ (Hình 10) Đối với cột khơng gia cường, khả chịu lực cột bị ăn mòn Ghi chú: Pu,A tải trọng cực hạn cột không cốt thép suy giảm 20% so với cột khơng bị ăn bị ăn mịn (nhóm A) mịn Trong khi, cột gia cường BFRP, suy giảm nằm khoảng 3% đến 6% Hình 10 Ảnh hưởng mức độ ăn mòn cốt thép đến khả nén lệch tâm cột Kết cho thấy, BFRP góp phần làm giảm mạnh đến 80% ảnh hưởng tiêu cực ăn mòn cốt thép đến khả chịu nén lệch tâm cột Tín, H X., cs / Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng Kết thực nghiệm cho thấy có gia tăng đáng kể khả chịu nén lệch tâm cột gia cường hiệu cao BFRP việc cải thiện khả chịu nén lệch tâm cột có cốt thép chịu lực bị ăn mòn; đặc biệt thú vị rằng, hiệu gia cường tăng cốt đai bị ăn mịn (Hình 11) Đối với cột khơng bị ăn mịn (nhóm A), việc sử dụng lớp BFRP dán dọc kết hợp với ba BFRP bó hơng làm tăng khả chịu nén lệch tâm cột Ghi chú: Pu,0 Pu tải trọng cực hạn 4% 9% so với cột không gia cường Tuy cột không gia cường cột gia cường nhiên, cột bị ăn mòn cốt thép, hiệu gia cường BFRP có gia tăng mạnh Hình 11 Ảnh hưởng mức độ ăn mịn cốt thép so với cột khơng bị ăn mòn cốt thép gia cường đến hiệu gia cường BFRP việc cải thiện khả nén lệch tâm cột tương ứng, từ 17% đến 30% (Hình 11) Kết cho thấy có gia tăng đáng kể hiệu gia cường BFRP việc cải thiện khả chịu nén lệch tâm cột theo gia tăng mức độ ăn mòn cốt thép cột Thực tế thú vị giải thích khả chịu lực cột không gia cường (lõi bê tông cốt thép) bị giảm nhanh theo gia tăng mức độ ăn mòn cốt thép; khi, khả chịu lực cột gia cường giảm theo ăn mịn cốt thép cột chậm (Hình 10) phần đóng góp BFRP gần khơng bị ảnh hưởng ăn mịn cốt thép BFRP cịn góp phần làm giảm tốc độ suy giảm khả chịu lực lõi bê tông cốt thép Điều khiến cho tỉ số khả chịu lực cột gia cường cột không gia cường tương ứng (Pu /Pu,0 ) tăng theo mức độ ăn mịn cốt thép; nói cách khác, hiệu cải thiện khả kháng nén – lệch tâm BFRP cho cột tăng theo mức độ ăn mòn cốt thép nêu Ghi chú: Eabs,A khả hấp thụ lượng cột nhóm A Ghi chú: µA độ dẻo dai cột nhóm A Hình 12 Ảnh hưởng mức độ ăn mòn cốt thép đến khả hấp thụ lượng cột Hình 13 Ảnh hưởng mức độ ăn mòn cốt thép đến độ dẻo dai cột Cốt thép bị ăn mòn làm suy giảm mạnh khả hấp thụ lượng cột không gia cường lên đến 34%; cột gia cường lớp BFRP suy giảm khả xấp xỉ 34%; cột gia cường ba lớp BFRP suy giảm tối đa 25% Nguyên nhân ba lớp BFRP có ứng suất 10 Tín, H X., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng bó hơng ( fl ) lớn ứng suất bó hơng cốt thép đai ( fl,sw ) đến 3,9 lần, nên góp phần ngăn chặn hiệu suy giảm (Hình 12) Hình 12 cho thấy suy giảm khả hấp thụ lượng cột tỷ lệ thuận với ăn mòn cốt thép, tỷ lệ nghịch với số lớp gia cường Kết cho thấy, ăn mòn kết hợp cốt đai cốt dọc gây nên suy giảm khả hấp thụ lượng đáng kể cho cột chịu nén lệch tâm, đặc biệt với trường hợp cốt dọc kết hợp cốt đai bị ăn mịn (nhóm C) so với có cốt đai ăn mịn (nhóm B) Cốt thép bị ăn mịn làm suy giảm mạnh độ dẻo dai cột không gia cường lên đến 33%; cột gia cường lớp BFRP suy giảm khả xấp xỉ 31%; cột gia cường ba lớp BFRP suy giảm tối đa 28% Nguyên nhân, lần ba lớp BFRP có ứng suất bó hơng lớn, nên góp phần ngăn chặn hiệu suy giảm (Hình 13) Hình 13 cho thấy suy giảm độ dẻo dai cột tỷ lệ thuận với ăn mòn cốt thép tỷ lệ nghịch với số lớp gia cường Kết cho thấy, ăn mòn kết hợp cốt đai cốt dọc gây nên suy giảm độ dẻo dai đáng kể cho cột chịu nén lệch tâm, đặc biệt với trường hợp cốt dọc kết hợp cốt đai bị ăn mòn (nhóm C) so với có cốt đai ăn mịn (nhóm B) 3.4 Biến dạng BFRP bó hông cốt đai Theo Bảng 3, biến dạng cốt thép nhỏ chưa đạt tới giá trị chảy (εyw = 1,95%o); khi, Hình 14 biến dạng BFRP bó hơng vượt trội rõ tốc độ gia tăng giá trị so với biến dạng cốt thép Kết thực nghiệm cho thấy biến dạng cốt thép BFRP bó hông mặt khác cột không có chênh lệch lớn Ăn mịn cốt thép ứng suất bó hơng tương đối BFRP ( fl,FRP / fl,sw ) ảnh hưởng đáng kể đến biến dạng Nhìn chung, quan hệ lực – biến dạng BFRP chia thành hai giai đoạn tương tự quan hệ lực – chuyển vị cột (a) Tại cấp tải lớn cột đối chứng, Pu,0 (b) Tại cấp tải lớn cột, Pu Ghi chú: ε f con,c ε sw,c biến dạng bó hơng cốt đai mặt nén lớn cấp tải lớn cột đối chứng, Pu,0 ; ε f con,u,c ε swu,c biến dạng bó hông cốt đai mặt nén lớn cấp tải lớn cột, Pu ; fl,FRP fl,sw ứng suất bó hơng BFRP cốt đai Hình 14 So sánh biến dạng lớn bó hơng cốt đai Ở giai đoạn đầu (từ cấp tải đến cấp tải Py ), biến dạng cốt thép BFRP gia cường bó hơng tăng chậm Tuy nhiên, nhờ có ứng suất bó hơng lớn [ fl,FRP = (1,3 ∼ 3,9) fl,sw , với fl,FRP fl,sw ứng suất bó hơng BFRP cốt thép], BFRP có xu hướng tiếp nhận tải trọng nén lệch tâm sớm đáng kể so với cốt thép, làm cho tốc độ biến dạng nhanh so với cốt thép Cụ thể, cấp tải phá hoại cột đối chứng (Pu,0 ), biến dạng 11 Tín, H X., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng lớn so với cốt thép từ 2,0 đến 2,5 lần cho cột khơng ăn mịn (cột nhóm A), từ 2,3 đến 3,1 lần cho cột bị ăn mòn cốt thép (nhóm B, C) (Hình 14(a)) Kết cho thấy cốt thép bị ăn mòn làm chênh lệch biến dạng BFRP bó hơng cốt thép lớn (a) Tại cấp tải lớn cột đối chứng (b) Tại cấp tải lớn cột, Pu Ghi chú: ε f con,t ε f con,c biến dạng bó hơng mặt nén bé mặt nén lớn cấp tải lớn cột đối chứng, Pu,0 ; ε f con,u,t ε f con,u,c biến dạng lớn bó hơng mặt nén bé mặt nén lớn cột Hình 15 So sánh biến dạng bó hơng mặt nén (hoặc kéo) mặt nén lớn cột Trong giai đoạn này, biến dạng khơng BFRP bó hông cốt thép bắt đầu xuất Biến dạng cốt thép mặt nén lớn cột lớn đáng kể so với mặt khác cột (mặt nén bé mặt kéo mặt bên) Nguyên nhân lực nén lệch tâm làm gia tăng độ lớn mô-men uốn tác dụng lên cột khiến ứng suất nén phân bố không mặt cột Mặt chịu nén lớn bị phình nhiều so với mặt chịu nén hơn, làm cho cốt thép khu vực biến dạng nhiều Cụ thể, cấp tải phá hoại cột đối chứng (Pu,0 ), biến dạng BFRP bó hơng mặt kéo từ 0,07 đến 0,11 lần so với biến dạng mặt nén cột (Hình 15(a)) Đối với cốt thép, cấp tải phá hoại cột đối chứng (Pu,0 ), biến dạng cốt thép mặt kéo cột nhỏ từ 0,33 đến 0,48 lần so với biến dạng mặt nén cột (Hình 16(a)) Ăn mịn cốt thép cột ảnh hưởng khơng rõ ràng đến phân bố biến dạng cốt thép (a) Tại cấp tải lớn cột đối chứng, Pu,0 (b) Tại cấp tải lớn cột, Pu Ghi chú: ε sw,side ε sw,c biến dạng cốt đai mặt bên mặt nén cột cấp tải lớn cột đối chứng; ε swu,side ε swu,c biến dạng lớn cốt đai mặt bên mặt nén cột Hình 16 So sánh biến dạng cốt đai mặt bên với biến dạng cốt đai mặt nén 12 Tín, H X., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 3.5 Biến dạng BFRP dán dọc cốt dọc Quan hệ lực – biến dạng cốt dọc dán dọc mặt chịu kéo, bê tông mặt chịu nén lớn thể Hình 17 Lực nén lệch tâm làm cho tiết diện cột chia thành hai vùng nén kéo rõ rệt, nhiên ứng xử nén chủ đạo Tại cấp tải lớn nhất, biến dạng cốt dọc chịu kéo chưa chảy biến dạng cốt dọc chịu nén chảy mức độ lớn (Bảng 3) Ăn mịn cốt thép ảnh hưởng đến biến dạng cuối cốt dọc chịu nén, giảm 11% cho cột không gia cường 6% cho cột gia cường (Bảng 3) Tấm BFRP làm gia tăng biến dạng cuối cốt dọc chịu nén từ 17% đến 33% (Bảng 3) Ghi chú: ε s,c ε s,t biến dạng cốt thép dọc mặt chịu nén lớn chịu kéo; εc ε f f lex biến dạng nén bê tông biến dạng kéo dán dọc Hình 17 Quan hệ lực – biến dạng cốt thép dọc, bê tông dán dọc cột Quan hệ lực – biến dạng kéo BFRP dán dọc thể Hình 17 Ứng xử kéo cột thể rõ nét BFRP dán dọc mặt kéo làm việc nhiều hơn; biến dạng cuối chúng tăng mạnh, đặc biệt cấp tải cận với tải phá hủy cột suy giảm độ cứng đột ngột cột, dao động từ 2,8%o đến 3,0%o, tương ứng từ 13% đến 13% biến dạng kéo đứt BFRP (Bảng 3) 3.6 Biến dạng bê tông Quan hệ lực – biến dạng bê tông thể Hình 17 Biến dạng bê tông tất mẫu nằm khoảng 2,9%ođến 3,7%o Biến dạng bê tông tăng nhẹ tăng số lớp gia cường hay ứng suất bó hơng tăng Cụ thể, tăng từ lên lớp BFRP bó hơng, biến dạng bê tơng tăng từ đến 6% (Bảng 3) Ăn mòn cốt thép làm cho biến dạng bê tông giảm nhẹ từ đến 8% Nguyên nhân, lần ăn mòn cốt thép làm suy yếu khả bó hơng BFRP; khi, ăn mịn cốt dọc làm giảm khả bám dính, dẫn đến bong tách sớm lớp bê tơng bảo vệ cột; từ dẫn đến cột khả chịu lực biến dạng cuối bê tơng nhỏ 13 Tín, H X., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Kết luận Bài báo trình bày nghiên cứu thực nghiệm chín mẫu cột BTCT kích thước 200×200×800 (mm) ảnh hưởng mức độ ăn mòn cốt thép đến hiệu gia cường BFRP bó hơng cột chịu nén lệch tâm Thông số khảo sát bao gồm ba mức độ ăn mòn cốt thép tương đương với ba nhóm (nhóm A – cốt thép cốt dọc khơng bị ăn mịn; nhóm B – cốt thép bị ăn mịn 15% cốt dọc khơng bị ăn mịn; nhóm C – cốt thép cốt dọc bị ăn mòn 15%), số lớp BFRP gia cường bó hơng (một lớp ba lớp bó hơng) Dựa kết đạt từ nghiên cứu này, số kết luận rút sau: - Hiệu gia cường BFRP việc cải thiện khả chịu nén lệch tâm cột có cốt thép bị ăn mịn đáng kể (lên đến 30%) cho cột có cốt thép bị ăn mòn; - Cốt thép bị ăn mòn làm suy giảm khả chịu nén lệch tâm cột không gia cường đến 20%; khi, BFRP nhờ vào khả kiểm soát nứt uốn dán dọc ứng suất bó hơng tạo quấn ngang góp phần ngăn chặn đến 80% suy giảm khả chịu nén lệch tâm cột gia cường gây nên ăn mòn cốt thép Đồng thời BFRP giúp gia tăng mạnh khả biến dạng (chuyển vị cuối cùng) cột (lên tới 40%); - Ăn mòn cốt thép làm giảm hiệu BFRP việc cải thiện mức độ hấp thụ lượng (lên đến 34%) độ dẻo dai cột (đến 31%) làm giảm biến dạng cuối BFRP (16% cho cột bị ăn mòn) Lời cảm ơn Nghiên cứu tài trợ Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh (ĐHQG-HCM) khn khổ Đề tài mã số B2020-20-02 Tài liệu tham khảo [1] Ilki, A., Peker, O., Karamuk, E., Demir, C., Kumbasar, N (2008) FRP Retrofit of Low and Medium Strength Circular and Rectangular Reinforced Concrete Columns Journal of Materials in Civil Engineering, 20(2):169–188 [2] Lee, J.-Y., Yi, C.-K., Jeong, H.-S., Kim, S.-W., Kim, J.-K (2009) Compressive Response of Concrete Confined with Steel Spirals and FRP Composites Journal of Composite Materials, 44(4):481–504 [3] Abdelrahman, K., El-Hacha, R (2012) Behavior of Large-Scale Concrete Columns Wrapped with CFRP and SFRP Sheets Journal of Composites for Construction, 16(4):430–439 [4] Nanni, A., Bradford, N M (1995) FRP jacketed concrete under uniaxial compression Construction and Building Materials, 9(2):115–124 [5] Khuong, L (2017) Modelling of CFRP strengthening on the behavior of RC slender columns Journal of Science and Technology in Civil Engineering (STCE) - HUCE, 11(6):70–76 [6] Chaallal, O., Shahawy, M (2000) Performance of Fiber-Reinforced Polymer-Wrapped Reinforced Concrete Column under Combined Axial-Flexural Loading ACI Structural Journal, 97(4):659–668 [7] Sause, R., Harries, K A., Walkup, S L., Pessiki, S., Ricles, J M (2004) Flexural Behavior of Concrete Columns Retrofitted with Carbon Fiber-Reinforced Polymer Jackets ACI Structural Journal, 101(5): 708–716 [8] Nguyen, T H., Pham, X D., Tran, K D (2021) Experimental study on the behavior of eccentrically compressed reinforced concrete columns strengthened with CFRP composite sheets Journal of Science and Technology in Civil Engineering (STCE) - HUCE, 15(4):172–181 [9] Sun, L., Wei, M., Zhang, N (2017) Experimental study on the behavior of GFRP reinforced concrete columns under eccentric axial load Construction and Building Materials, 152:214–225 14 Tín, H X., cs / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng [10] Jaya, K P., Mathai, J (2012) Strengthening of RC Column using GFRP and CFRP 15 WCEE Lisboa 2012 [11] Balakrishnan, P., John, M J., Pothen, L., Sreekala, M S., Thomas, S (2016) Natural fibre and polymer matrix composites and their applications in aerospace engineering Advanced Composite Materials for Aerospace Engineering, Elsevier, 365–383 [12] Verma, D., Goh, K L (2019) Natural fiber-reinforced polymer composites Biomass, Biopolymer-Based Materials, and Bioenergy, Elsevier, 51–73 [13] Mote, A P., Jadhav, H S (2014) Experimental Study of Axially Loaded RC Short Columns Strengthened With Basalt Fiber Reinforced Polymer (BFRP) Sheets International Journal of Engineering Research and Applications, 4(7):89–92 [14] Jiang, S.-F., Zeng, X., Shen, S., Xu, X (2016) Experimental studies on the seismic behavior of earthquake-damaged circular bridge columns repaired by using combination of near-surface-mounted BFRP bars with external BFRP sheets jacketing Engineering Structures, 106:317–331 [15] Yao, L.-Z., Wu, G (2016) Fiber-Element Modeling for Seismic Performance of Square RC Bridge Columns Retrofitted with NSM BFRP Bars and/or BFRP Sheet Confinement Journal of Composites for Construction, 20(4) [16] Ouyang, L.-J., Gao, W.-Y., Zhen, B., Lu, Z.-D (2017) Seismic retrofit of square reinforced concrete columns using basalt and carbon fiber-reinforced polymer sheets: A comparative study Composite Structures, 162:294–307 [17] Andisheh, K (2017) Seismic performance of corroded reinforced concrete bridge piers Doctoral Dissertations Department of Civil and Natural Resources Engineering, University of Canterbury, Christchurch, New Zealand [18] Maaddawy, T E (2008) Behavior of corrosion-damaged RC columns wrapped with FRP under combined flexural and axial loading Cement and Concrete Composites, 30(6):524–534 [19] Chotickai, P., Tongya, P., Jantharaksa, S (2021) Performance of corroded rectangular RC columns strengthened with CFRP composite under eccentric loading Construction and Building Materials, 268: 121134 [20] Yuan, J., Shen, D (2022) Seismic Performance of Corroded Reinforced Concrete Columns Strengthened with Basalt Fiber Sheets Applied Sciences, 12(11):5611 [21] TCVN 10303:2014 Bê tông - kiểm tra đánh giá cường độ chịu nén Bộ Khoa học Công nghệ, Việt Nam [22] TCVN 8862:2011 Quy trình thí nghiệm xác định cường độ kéo ép chẻ vật liệu hạt liên kết chất kết dính Bộ Khoa học Công nghệ, Việt Nam [23] TCVN 197-1:2014 Vật liệu kim loại - Thử kéo - Phần 1: Phương pháp thử nhiệt độ phịng Bộ Khoa học Cơng nghệ, Việt Nam [24] Chung, L., Kim, J.-H J., Yi, S.-T (2008) Bond strength prediction for reinforced concrete members with highly corroded reinforcing bars Cement and Concrete Composites, 30(7):603–611 [25] Ali, T K M (2014) Flexural behavior of reinforced beams reinforced with corrosive rebar International Journal of Civil and Structural Engineering, 5(1):64 [26] Ngo, T T., Pham, T M., Hao, H (2020) Effects of steel fibres and prestress levels on behaviour of newly proposed exterior dry joints using SFRC and CFRP bolts Engineering Structures, 205:110083 15 ... - Hiệu gia cường BFRP việc cải thiện khả chịu nén lệch tâm cột có cốt thép bị ăn mòn đáng kể (lên đến 30%) cho cột có cốt thép bị ăn mịn; - Cốt thép bị ăn mòn làm suy giảm khả chịu nén lệch tâm. .. với cột không gia cường Tuy cột không gia cường cột gia cường nhiên, cột bị ăn mòn cốt thép, hiệu gia cường BFRP có gia tăng mạnh Hình 11 Ảnh hưởng mức độ ăn mòn cốt thép so với cột khơng bị ăn. .. cho thấy có gia tăng đáng kể khả chịu nén lệch tâm cột gia cường hiệu cao BFRP việc cải thiện khả chịu nén lệch tâm cột có cốt thép chịu lực bị ăn mòn; đặc biệt thú vị rằng, hiệu gia cường tăng