Ảnh hưởng của một số yếu tố chính đến ứng xử cắt của dầm bê tông căng sau dùng cáp không bám dính gia cường tấm cfrp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ LÊ NGỌC ĐIỀN ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHÍNH ĐẾN ỨNG XỬ CẮT CỦA DẦM BÊ TƠNG CĂNG SAU DÙNG CÁP KHƠNG BÁM DÍNH GIA CƯỜNG TẤM CFRP/GFRP LUẬN ÁN TIẾN SĨ TP HỒ CHÍ MINH - NĂM 2023 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VÕ LÊ NGỌC ĐIỀN ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ CHÍNH ĐẾN ỨNG XỬ CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CĂNG SAU DÙNG CÁP KHƠNG BÁM DÍNH GIA CƯỜNG TẤM CFRP/GFRP Chun ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Cơng Trình Dân Dụng Cơng Nghiệp Mã số chuyên ngành: 62580208 Phản biện độc lập: TS Ngô Thanh Thủy Phản biện độc lập: PGS TS Nguyễn Trung Hiếu Phản biện: PGS TS Lê Anh Thắng Phản biện: PGS TS Nguyễn Văn Hiếu Phản biện: PGS TS Hồ Đức Duy NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS TS Nguyễn Minh Long TS Hồ Hữu Chỉnh LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tác giả thực hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Minh Long TS Hồ Hữu Chỉnh Các kết nghiên cứu kết luận luận án trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Tác giả luận án Chữ ký Võ Lê Ngọc Điền i TĨM TẮT LUẬN ÁN Luận án trình bày nghiên cứu ứng xử cắt dầm bê tông ứng suất trước dùng cáp khơng bám dính (UPC) gia cường kháng cắt CFRP/GFRP dạng U Về phương diện thực nghiệm, luận án tập trung đánh giá làm rõ ảnh hưởng số yếu tố quỹ đạo căng cáp (thẳng cong), cường độ bê tông (38, 55, 73 MPa), tỷ số nhịp cắt chiều cao làm việc dầm (1.5, 1.9, 2.3), hàm lượng loại gia cường (GFRP CFRP), sơ đồ gia cường (dạng dải U rời rạc liên tục), hệ neo (neo dải dọc neo mũi dù cải tiến) phân tích ảnh hưởng tương tác yếu tố đến hiệu gia cường gia cường CFRP/GFRP dầm UPC tiết diện chữ T Chương trình thực nghiệm tiến hành 40 dầm UPC có tiết diện chữ T gia cường kháng cắt CFRP/GFRP Về phương diện lý thuyết, luận án kiểm chứng, đánh giá xây dựng mơ hình đề xuất cơng thức để dự đoán khả kháng cắt dầm UPC gia cường CFRP/GFRP có xét đến đầy đủ chế kháng cắt tương tác chế Kết nghiên cứu cho thấy hiệu gia cường kháng cắt CFRP/GFRP dầm UPC thấp nhiều, tối đa 27% so với 75% dầm bê tông cốt thép (BTCT) từ nghiên cứu có Quỹ đạo cáp cong làm giảm góc vết nứt cắt, làm giảm đáng kể khả kháng cắt (trung bình 40%) so với dầm cáp thẳng; mặt khác, quỹ đạo cáp cong giúp chuyển đổi dạng phá hoại dầm, dẫn đến ứng xử dầm trở nên mềm dẻo làm tăng đáng kể khả biến dạng dầm (trung bình 2.3 lần) khả hấp thụ lượng (trung bình 3.0 lần) so với dầm cáp thẳng Việc sử dụng hệ neo mũi dù cải tiến giúp gia tăng mạnh khả kháng cắt CFRP/GFRP (lên tới 118%), khả biến dạng hấp thụ lượng dầm (lần lượt lên tới 28 57%) Tương tự, tăng cường độ bê tông giúp cải thiện đáng kể số vừa nêu mức độ khiêm tốn CFRP/GFRP làm việc hiệu dầm có cường độ bê tơng cao Các yếu tố số lớp, kiểu dán (dải U rời rạc liên tục) loại FRP (CFRP GFRP) ảnh hưởng nhẹ đến khả kháng cắt dầm có tác động đáng kể đến biến dạng lớn gia cường Khả tham gia kháng cắt CFRP/GFRP dạng U bị suy giảm đáng kể (xấp xỉ 33%) tỷ số nhịp cắt chiều cao làm việc dầm giảm Trong bối cảnh hầu hết ii cơng thức có xây dựng dựa phương pháp thực nghiệm, công thức đề xuất luận án xây dựng theo phương pháp giải tích phản ánh gần chất vật lý kiểu phá hoại cắt, lồng ghép mơ hình làm việc vật liệu, điều kiện cân tương thích biến dạng, đồng thời tận dụng tính đơn giản nguyên lý cộng tác dụng truyền thống Kết kiểm chứng cho thấy công thức đề xuất cho kết gần với thực nghiệm có độ ổn định tốt so với cơng thức từ ACI 440.2R-17 CNRDT 200R1-13 Công thức đề xuất dùng để thiết kế kháng cắt cho dầm UPC cho trường hợp dầm gia cường không gia cường FRP iii ABSTRACT This dissertation presents a study on the shear behavior of unbonded posttensioned concrete (UPC) beams shear-strengthened with CFRP/GFRP U-wraps Experimentally, the dissertation focuses on evaluating and clarifying the influence of a number of main factors such as tendon profile (harped or straight), concrete strength (38, 55, and 73 MPa), the shear span-to-depth ratio (1.5, 1.9, and 2.3), ratio and FRP type (GFRP and CFRP), wrapping configurations (installed as continuous and discrete strips), FRP anchors for FRP U-wraps (flat FRP anchor and improved FRP spike anchor) and analyses the interaction effect among these factors to the strengthening efficiency of the CFRP/GFRP sheets for UPC T-beams The experimental program was conducted on 40 large-scale UPC T-beams shear-strengthened with CFRP/GFRP sheets Theoretically, the dissertation examines, evaluates, and builds a model and proposes a new formula to predict the shear resistance of UPC beams shear-strengthened with CFRP/GFRP sheets with full consideration of shear resistance mechanisms and their interactions The research results show that the shear-strengthening efficiency of CFRP/GFRP sheets in UPC beams is much lower, up to only 27% compared to 75% of reinforced concrete (RC) beams from existing studies In comparison with the UPC beams with straight tendons, those with harped tendons exhibit a reduction in the shear contribution of CFRP/GFRP sheets (approximately 40%) and show a more ductile failure mode with an improvement of the beam deformation (up to 2.3 times) and energy absorption capacity (average 3.0 times) The use of improved FRP spike anchor greatly increases the shear resistance of the CFRP/GFRP sheets (up to 118%), the deformation and energy absorption capacity of the beams (up to 28 and 57% respectively) Similarly, increasing concrete strength also significantly improves the above indicators but to a more modest level and CFRP/GFRP sheets are more effective with higher concrete strength The factors of layer number, wrapping configurations (continuous or discrete strips), and FRP type (GFRP and CFRP) have only a slight influence on the shear resistance of the beams but have a significant effect on the maximum strain of the FPR sheets The contribution in shear resistance of CFRP/GFRP U-wraps is significantly reduced iv (approximately 33%) when the shear span-to-depth ratio of the beams is decreases In the context that most of the existing formulas are proposed by using empirical approach, the proposed formula in this dissertation, which is built by using the analytical method combined with experiments, has more closely reflected the physical nature of shear failure mode, incorporating in it the constitutive laws of the materials, the equilibrium and the deformation compatibility as well as taking advantage of the simplicity of the traditional superposition principle The test results show that the proposed formula gives results closer to the experiments and has better stability than formulas from ACI 440.2R17 and CNRDT 200R1-13 The proposed formula can be used to design shear resistance for UPC beams for both FRP-strengthened beams and un-strengthened beams v LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng biết ơn sâu sắc người Thầy hướng dẫn, PGS.TS Nguyễn Minh Long TS Hồ Hữu Chỉnh tận tình hướng dẫn khoa học kỹ thuật, ln khích lệ động viên, cho tơi lời khuyên qúy kỹ làm việc suốt trình nghiên cứu thực luận án Lời cám ơn chân thành xin gửi đến quý Thầy Cô Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy truyền đạt kiến thức cho thời gian học môn học Cám ơn bạn học viên hỗ trợ trình thực chương trình thí nghiệm phịng thí nghiệm kết cấu cơng trình, trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh Cám ơn đồng nghiệp, ban lãnh đạo Khoa, trường Đại học Tiền Giang tạo điều kiện thời gian công tác để tham gia học tập nghiên cứu Cuối cùng, xin cám ơn chân thành sâu sắc đến Cha Mẹ hai Chị tạo điều kiện tốt để tham gia học tập nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn vi MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH x DANH MỤC BẢNG BIỂU xiv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU xvi ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG TỔNG QUAN, MỤC TIÊU, Ý NGHĨA VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 1.1.1 Vật liệu FRP 1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả kháng cắt dầm BTUST gia cường FRP 1.1.2.1 Kiểu phá hoại 1.1.2.2 Ảnh hưởng cường độ bê tông 1.1.2.3 Ảnh hưởng cốt thép dọc 10 1.1.2.4 Ảnh hưởng cốt thép đai 10 1.1.2.5 Ảnh hưởng cáp ứng suất trước 11 1.1.2.6 Ảnh hưởng thông số vật liệu FRP 11 1.1.2.7 Ảnh hưởng tỷ số nhịp cắt chiều cao làm việc dầm (a/de) 12 1.1.2.8 Ảnh hưởng phương pháp neo 13 1.1.3 Mơ hình cơng thức xác định khả kháng cắt dầm BTCT BUST gia cường vật liệu FRP 16 1.1.3.1 Mơ hình cơng thức tính khả kháng cắt FRP gia cường dầm BTCT 17 1.1.3.2 Mơ hình cơng thức tính khả kháng cắt dầm BTUST gia cường vật liệu FRP 20 1.1.4 Nhận xét 21 1.2 MỤC TIÊU VÀ Ý NGHĨA NGHIÊN CỨU 22 1.2.1 Mục tiêu 22 1.2.2 Ý nghĩa nghiên cứu 23 1.2.2.1 Ý nghĩa khoa học 23 1.2.2.2 Ý nghĩa thực tiễn 24 vii 1.3 NÔI DUNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN 24 1.3.1 Nội dung nghiên cứu 24 1.3.2 Đối tượng, phạm vi phương pháp nghiên cứu 25 1.3.3 Cấu trúc tổ chức luận án 26 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CHÍNH ĐẾN ỨNG XỬ CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG ỨNG SUẤT CĂNG SAU DÙNG CÁP KHƠNG BÁM DÍNH GIA CƯỜNG TẤM CFRP/GFRP 27 2.1 CHƯƠNG TRÌNH THỰC NGHIỆM 27 2.1.1 Vật liệu 27 2.1.1.1 Bê tông 27 2.1.1.2 Cốt thép 28 2.1.1.3 Cáp ứng suất trước 28 2.1.1.4 Tấm gia cường CFRP/ GFRP 29 2.1.2 Dầm thí nghiệm 30 2.1.3 Sơ đồ thử tải bố trí thiết bị thí nghiệm 35 2.2 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ỨNG XỬ CẮT CỦA CÁC DẦM THÍ NGHIỆM 39 2.2.1 Hình thái vết nứt kiểu phá hoại 39 2.2.2 Quan hệ lực chuyển vị 46 2.2.3 Ảnh hưởng cường độ bê tông 49 2.2.4 Ảnh hưởng quỹ đạo căng cáp 63 2.2.5 Ảnh hưởng thông số gia cường( loại CFRP/GFRP, chiều dày sơ đồ gia cường) 73 2.2.6 Ảnh hưởng hệ neo 83 2.2.7 Ảnh hưởng tỷ số nhịp cắt chiều cao làm việc tiết diện dầm a/de 91 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 94 CHƯƠNG KIỂM CHỨNG CÁC CƠNG THỨC DỰ ĐỐN KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT HIỆN CĨ CHO DẦM BÊ TƠNG ỨNG SUẤT CĂNG SAU DÙNG CÁP KHÔNG BÁM DINH GIA CƯỜNG TẤM CFRP/GFRP 99 3.1 KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT CỦA TẤM GIA CƯỜNG FRP CHO TRƯỜNG HỢP DẦM BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC 99 viii