THÔNG TIN TÀI LIỆU
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI HÀ VĂN QUÂN NGHIÊN CỨU GIA CƯỜNG CỘT TRỤ CẦU CŨ BẰNG VẬT LIỆU FRP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI HÀ VĂN QUÂN NGHIÊN CỨU GIA CƯỜNG CỘT TRỤ CẦU CŨ BẰNG VẬT LIỆU FRP CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU HẦM Mã số : 60.58.25 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS LƯƠNG XUÂN BÍNH Hà Nội - 2014 Luận văn thạc sĩ LỜI MỞ ĐẦU Vật liệu FRP (Tiếng Anh Fiber Reinforced Polymer) loại vật liệu mới, ứng dụng ngày rộng rãi công nghệ xây dựng, đặc biệt lĩnh vực gia cường sửa chữa cho kết cấu BTCT So với phương pháp gia cường truyền thống, phương pháp gia cường kết cấu BTCT vật liệu FRP có ưu điểm là: thi công đơn giản, không yêu cầu cấm xe, khơng làm tăng kích thước tải trọng, đảm bảo mỹ quan cơng trình, chống thấm, chống ăn mịn kết cấu Ở Việt Nam áp dụng nên chưa có nhiều tài liệu hướng dẫn thiết kế thi công kết cấu gia cường theo phương pháp Trong đề tài này, học viên nghiên cứu tính tốn gia cường cột trụ cầu BTCT vật liệu FRP Thơng qua việc nghiên cứu tính toán lý thuyết, kết hợp với kết thực nghiệm để đánh giá hiệu gia cường phương pháp kết cấu cột trụ cầu nói riêng kết cấu cột nói chung Từ hướng tới việc làm rõ đề xuất phương pháp tính tốn thi cơng gia cường cột trụ cầu vật liệu FRP Do thời gian nghiên cứu chưa nhiều cơng tác thí nghiệm chưa mơ tả đầy đủ trường hợp chịu lực yếu tố thực tế môi trường ảnh hưởng đến làm việc kết cấu cột trụ cầu nên luận văn cịn nhiều thiếu xót Học viên mong nhận đóng góp nhà khoa học quý bạn đọc Học viên muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến PGS.TS Lương Xuân Bính, người định hướng nội dung, đóng góp chun mơn để học viên hồn thành luận văn Học viên xin cảm ơn TS Nguyễn Hùng Phong với học viên thực phần thí nghiệm mẫu gia cường phịng thí nghiệm Và học viên xin cảm ơn thầy cô giáo Bộ môn Cầu Hầm, thầy, cô đồng nghiệp Bộ môn Sức Bền Vật Liệu, Bộ môn Kết cấu, cán Phòng Đào tạo Sau Đại học tạo điều kiện để học viên hồn thành khóa học hồn thành luận văn Học viên Hà Văn Quân Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 Luận văn thạc sĩ MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 7 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 8 GIỚI THIỆU CHUNG 9 1. Ý nghĩa đề tài 9 2. Mục đích phạm vi nghiên cứu 9 3. Cấu trúc luận văn 10 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CÁC DẠNG HƯ HỎNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG GIA CƯỜNG CỘT TRỤ CẦU 11 1.1. Hiện trạng hư hỏng cột trụ cầu 11 1.2. Các nguyên nhân gây hư hỏng cột trụ cầu 13 1.2.1. Những sai sót giai đoạn thiết kế 13 1.2.2. Những sai sót giai đoạn thi công 13 1.2.3. Những cố trình sử dụng 14 1.2.4. Quá trình phá hủy vật liệu 14 1.3. Tổng quan phương pháp gia cường cột trụ cầu truyền thống 15 1.3.1. Sửa chữa hư hỏng nhỏ 15 1.3.2. Gia cường cột thép hình 16 1.3.3. Gia cường bọc bê tông 17 1.3.4. Gia cường trụ cầu phương pháp cấy thêm cột 18 1.3.5. Đánh giá chung phương pháp gia cường cột trụ cầu truyền thống 19 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ GIA CƯỜNG CỘT TRỤ CẦU BẰNG VẬT LIỆU FRP 20 2.1. Giới thiệu vật liệu FRP 20 2.1.1. Sơ lược lịch sử phát triển vật liệu FRP 20 2.1.2. Thành phần cấu tạo vật liệu FRP 24 2.1.3. Quy trình thiết kế tăng cường cột trụ cầu cũ vật liệu FRP 29 2.1.4. Các đặc tính lý vật liệu FRP 30 Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 Luận văn thạc sĩ 2.2. Công nghệ gia cường cột trụ cầu cũ vật liệu FRP 35 2.2.1. Ưu nhược điểm công nghệ gia cường cột trụ cầu cũ vật liệu FRP ………………………………………………………………………….35 2.2.2. Quy trình thi công tăng cường cột trụ cầu cũ vật liệu FRP 36 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN GIA CƯỜNG CỘT BTCT VẬT LIỆU FRP 43 3.1. Nguyên lý thiết kế 43 3.1.1. Tổng quát 43 3.1.2. Đặc tính thiết kế vật liệu FRP 43 3.1.3. Tải trọng hệ số tải trọng 44 3.2. Giả thiết 45 3.3. Mơ hình tương tác cột bê tông đai FRP gia cường cột chịu nén tâm 46 3.4. Tính tốn sức kháng nén cột chịu nén tâm theo tiêu chuẩn ACI440.2R-08 52 3.5. So sánh phương pháp tính tốn gia cường cột BTCT vật liệu FRP theo mơ hình đề xuất theo tiêu chuẩn ACI-440.2R-08 56 3.6. Ví dụ tính tốn 58 3.6.1. Tính tốn gia cường cho cột BTCT mặt cắt tròn theo tiêu chuẩn ACI4402R-08 để tăng cường sức kháng nén dọc trục 58 3.6.2. Tính tốn gia cường cho cột BTCT mặt cắt chữa nhật để tăng cường sức kháng nén dọc trục 61 CHƯƠNG 4: THÍ NGHIỆM GIA CƯỜNG CỘT BÊ TÔNG BẰNG VẬT LIỆU FRP 64 4.1 Mục đích thí nghiệm 64 4.2 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 64 4.2.1 Đúc mẫu cột bê tơng thí nghiệm 64 4.2.2 Dán sợi gia cường mẫu thí nghiệm 65 4.3 Tiến hành thí nghiệm 70 4.3.1 Thí nghiệm nén mẫu bê tông tiêu chuẩn để xác định đặc trưng lý vật liệu bê tông 70 4.3.2 Thí nghiệm nén mẫu bê tơng gia cường vật liệu FRP 71 Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 Luận văn thạc sĩ 4.3 Kết thí nghiệm – Nhận xét 73 4.3.1 Tải trọng phá hoại mẫu thử 73 4.3.2 Biến dạng cực hạn mẫu thí nghiệm 75 4.3.3 Hình thức phá hoại 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 1. KẾT LUẬN 79 2. KIẾN NGHỊ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 CÁC PHỤ LỤC TÍNH TỐN 82 PHỤ LỤC I: TÍNH TỐN GIA CƯỜNG CÁC MẪU THÍ NGHIỆM THEO TIÊU CHUẨN ACI-440.2R-08 82 PHỤ LỤC II: TÍNH TỐN GIA CƯỜNG CÁC MẪU THÍ NGHIỆM THEO MƠ HÌNH TƯƠNG TÁC CỘT BÊ TƠNG VÀ ĐAI GIA CƯỜNG 89 Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Các dạng hư hỏng thường gặp cột trụ cầu 12 Hình 1.2: Gia cường cột BTCT bọc ngồi thép hình 16 Hình 1.3: Gia cường cột BTCT bọc ngồi tê tơng 17 Hình 1.4: Tăng cường trụ cầu phương pháp cấy thêm cột 18 Hình 2.1: Cầu vượt đường sắt PA DOT I-84 Sranton, Pennsylvania, 21 Hình 2.2: Cầu Oak Street, Vancouver, B.C, Canada, gia cường năm 2001 21 Hình 2.3: Tong Cheng River, Kunsan, Trung Quốc, 2000 22 Hình 2.4: Cầu vòm Woodland Viaduct, New Youk, USA, 2001 22 Hình 2.5: Dầm cầu gia cường vật liệu FRP 23 Hình 2.6: Trụ cầu gia cường vật liệu FRP 24 Hình 2.7: Cấu tạo vật liệu FRP 24 Hình 2.8: Tấm sợi thủy tinh 26 Hình 2.9: Tấm sợi cacbon 26 Hình 2.10: Tấm sợi Aramid 27 Hình 2.11: Keo Epoxy thẩm thấu bê tơng tạo neo liên kết 28 Hình 2.12: Sơ đồ bước thiết kế gia cường sử dụng vật liệu FRP 29 Hình 2.13: Trình tự thi công vật liệu FRP thi công theo phương pháp ướt 36 Hình 2.14: Mài bo trịn cạnh góc nhọn 38 Hình 3.1 Tính tốn cột bê tơng chịu nén tâm gia cường FRP 46 Hình 3.2: Mơ hình tương tác cột bê tơng đai gia cường 47 Hình 3.3: Sơ đồ chịu lực bê tông cột gia cường FRP 48 Hình 3.4: Mơ hình ứng suất - biến dạng Lam Teng cho bê tơng dính kết với FRP [13] 52 Hình 3.5: Mặt cắt ngang hình trịn tính đổi (theo Lam Teng, 2003b) 55 Hình 4.1: Đúc mẫu bê tơng hình trụ thí nghiệm 65 Hình 4.2: Thiết kế gia cường mẫu bê tơng hình trụ thí nghiệm 67 Hình 4.3: Gia cường mẫu thí nghiệm vặt liệu FRP 69 Hình 4.4: Dán Ten-zơ-mét điện trở lên mẫu thí nghiệm đo biến dạng 70 Hình 4.5: Biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng mẫu bê tơng hình trụ D = 150mm, H=300mm 71 Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 Luận văn thạc sĩ Hình 4.6: Sơ đồ thí nghiệm nén dọc trục mẫu 72 Hình 4.7: Biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng số mẫu thử 75 Hình 4.8: Phá hoại mẫu số không gia cường FRP 76 Hình 4.9: Phá hoại mẫu số gia cường CFRP dạng băng 76 Hình 4.10: Phá hoại mẫu số gia cường CFRP dạng băng xoắn 77 Hình 4.11: Phá hoại mẫu số gia cường CFRP lớp 77 Hình 4.12: Phá hoại mẫu số gia cường CFRP hai lớp 78 Hình 4.13: Phá hoại mẫu số gia cường sợi thủy tinh 78 Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Đặc trưng học loại sợi 25 Bảng 2.2: Tỷ trọng vật liệu FRP (g/cm3) 31 Bảng 2.3: Hệ số giãn nở nhiệt số vật liệu FRP đơn hướng 31 Bảng 3.1: Hệ số triết giảm CE môi trường vật liệu FRP điều kiện tiếp xúc 44 Bảng 3.2: Tải trọng hệ số tải trọng 45 Bảng 3.3: So sánh kết tính tốn mẫu cột bê tơng gia cường theo mơ hình đề xuất, theo tiêu chuẩn ACI-440.2R-08 kết thực nghiệm 57 Bảng 4.1: Đặc trưng học loại vật liệu FRP dung để thí nghiệm 66 Bảng 4.2 – Khả chịu nén mẫu trụ theo kết thực nghiệm 73 Bảng 4.3 – Khả chịu nén mẫu trụ theo kết tính tốn lý thuyết dựa mơ hình tương tác cột bê tông đai gia cường 74 Bảng 4.4 – Khả chịu nén mẫu trụ theo kết tính tốn lý thuyết dựa tiêu chuẩn ACI 440-2R 08 74 Bảng 4.5: So sánh khả chịu nén mẫu trụ theo thực nghiệm lý thuyết 74 Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 Luận văn thạc sĩ CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Bê tông cốt thép BTCT Đảm bảo giao thông ĐBGT Fiber Reinforced Polymer Gıao thông vận tải Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 Viết tắt FRP GTVT Luận văn thạc sĩ Vị trí đứt FRP nằm khu vực khu vực có dây ten-xơ đo biến dạng nằm bê nêu hiệu ứng bó CFRP so với khu vực bên dưới, làm cho khu vực có khả chịu nén thấp Có thể thấy rằng, điều kiện tiếp xúc FRP bê tơng ảnh hưởng Hình 4.12: Phá hoại mẫu số gia nhiều đến khả chịu tải cường CFRP hai lớp kết cấu gia cố Mẫu số (gia cường FRP sợi thủy tinh) bị phá hoại FRP tương đối nguyên vẹn, FRP bị đứt điểm Do FRP sợi thủy tinh (GFRP) có cường độ khơng cao nên khu vực mẫu bị nở hông, gây đứt FRP khu vực này, khu vực khác cịn chưa bị ảnh hưởng GFRP bị phá hoại vị trí Hình 4.13: Phá hoại mẫu số gia cường sợi thủy tinh Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 78 Luận văn thạc sĩ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Qua vấn đề nghiên cứu đề tài này, học viên thu kết sau: - Tìm hiểu cơng nghệ gia cường cột trụ cầu vật liệu FRP - Tính tốn gia cường cột BTCT vật liệu FRP theo mô hình đề xuất (mơ hình tương tác cột bê tơng đai FRP gia cường) - Tính tốn gia cường cột BTCT vật liệu FRP theo tiêu chuẩn ACI-440.2R- 08 - Tiến hành thí nghiệm kiểm chứng kết tính tốn lý thuyết, đồng thời đánh giá hiệu việc gia cường cột bê tông loại vật liệu FRP khác Qua thí nghiệm thấy rằng: + Kết tính tốn theo tiêu chuẩn ACI-440.2R-08 phản ánh xác làm việc vật liệu cột gia cường có độ tin cậy cao so với kết tính tốn theo mơ hình đề xuất + Việc gia cường vật liệu FRP giúp tang đáng kể khả chịu nén dọc trục biến dạng cực hạn cột bê tông + Gia cường cột vật liệu sợi các-bon CFRP hiệu nhiều so với vật liệu sợi thủy tinh GFRP + Trong hình thức gia cường cột hình thức làm tăng cường độ chịu nén cột nhiều hình thức bó sợi dọc theo chiều cao cột, nhiên hình thức thi cơng khó khăn giá thành lại cao Hình thức gia cường dạng băng tỏ tương đối hiệu làm tăng đáng kể khả chịu nén đồng thời thi công nhanh tiết kiệm chi phí KIẾN NGHỊ Việc tích tính toán gia cường cột chịu nén vật liệu FRP theo hướng mơ hình tương tác cột bê tơng đai gia cường nhiều hạn chế Trong tương lai, hạn chế nên xem xét kỹ để đạt kết xác Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 79 Luận văn thạc sĩ Phương pháp tính toán gia cường cột chịu nén theo tiêu chuẩn ACI-440.2R-08 cho kết đáng tin cậy nên đề xuất áp dụng phương pháp cho tính tốn sau Trong đề tài này, học viên tập trung nghiên cứu gia cường cột BTCT cho trường hợp chịu nén tâm Vì học viên mong muốn tiếp tục phát triển nghiên cứu mở rộng theo hướng xét cột chịu nén uốn đồng thời (uốn theo phương hai phương) để giải toán gần với thực tiễn Cuối cùng, luận văn mong trở thành tài liệu tham khảo cho kỹ sư, sinh viên học tập, nghiên cứu sản xuất Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 80 Luận văn thạc sĩ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đào Văn Dinh (2011), Bài giảng Kết cấu Bê tơng cốt thép [2] Vũ Đình Lai (2008), Bài tập Sức Bền vật liệu, NXB Xây dựng. [3] Vũ Đình Lai (2007), Giáo trình Sức bền vật liệu - Tập 1, NXB Giao thông vận tải [4] Nguyễn Hùng Phong (2013), Nghiên cứu giải pháp gia cố kết cấu cột bê tông cốt thép sợi liên tục cường độ cao FRP, đề tài NCKH cấp trường trọng điểm, Đại học Xây dựng, 2013 [5] Vũ Văn Thành (2012), Công nghệ Tyfo (dán sợi Các-bon, sợi thủy tinh) hãng Fyfe - Triển vọng ứng dụng Việt Nam, Hội thảo “Ứng dụng công nghệ tiên tiến sửa chữa tăng cường cầu” Hưng Yên ngày 16 tháng 03 năm 2012 [6] Vũ văn Thành –Lương Xuân Bính –OngWee Keong, Chỉ dẫn thi công, kiểm tra nghiệm thu kết cấu tăng cường vật liệu FRP- Tyfo® Fibrwap® System. [7] Nhà sản xuất vật liệu FRP - TYFO® FIBRWRAP® SYSTEM, Các hình ảnh thơng số vật liệu FRP. [8] Bộ môn Cầu hầm, Công nghệ tiên tiến sửa chữa tăng cường cầu, Bài giảng hệ cao học , Đại học Giao thông vận tải. [9] Bộ GTVT, Dự án tín dụng ngành Giao thơng vận tải để cải tạo mạng lưới đường Quốc gia, Thống kê đến tháng năm 2013 [10] Bộ GTVT, Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN-272-05. [11] ACI 440.2R-08, Guide for the design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures, American Concrete Institute [12] Condition State Photos (2007), Bridge Inspection Procedure Manual [13] Tao Jiang (2008), FRP – Confined RC Column: Analysis, Behavior and Design [14] Y.Ouyang and N.K.Liu (2007), Stress-strain model for FRP-confined concrete rectangular columns Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 81 Luận văn thạc sĩ CÁC PHỤ LỤC TÍNH TỐN PHỤ LỤC I: TÍNH TỐN GIA CƯỜNG CÁC MẪU THÍ NGHIỆM THEO TIÊU CHUẨN ACI-440.2R-08 I.1 Số liệu tính tốn I.1.1 Chi tiết mặt cắt ngang cột đặc tính bê tơng chưa gia cường Đại lượng Giá trị Đơn vị h 600 mm D 200 mm f c' 26 MPa Ec 34027 MPa Ag 31416 mm2 Ast mm2 fy MPa Ghi chú: Cột bê tơng thường, khơng bố trí cốt thép I.1.2 Sức kháng nén mẫu bê tông chưa gia cường Pn 0.85 f c' Ag Ast f y Ast Trong đó: f c' : Cường độ chịu nén bê tông (Mpa), Ag : Diện tích nguyên mặt cắt (mm2), Ast : Tổng diện tích cốt thép dọc thường (mm2), f y : Giới hạn chảy quy định cốt thép (MPa) Thay số ta được: Pn = 694292 N = 694.292 kN Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 82 Luận văn thạc sĩ I.1.3 Thông số vật liệu FRP gia cường Tấm sợi các-bon SCH-41 Tấm sợi thủy tinh SEH-51A Giá trị thí nghiệm 986 Mpa 575 MPa Giá trị thiết kế 834 Mpa 460 MPa Giá trị thí nghiệm 1.0% 2.2 % Giá trị thiết kế 0.85% 1.76 % 95.8 Gpa 26.1 GPa Giá trị thiết kế 82 Gpa 20.9 GPa Giá trị thí nghiệm 1.0 mm 1.3 mm Giá trị thiết kế 1.0 mm 1.3 mm Các đặc trưng học Cường độ chịu kéo cực hạn theo phương dọc sợi ( f fu ) Độ dãn dài cực hạn ( fu ) Giá trị thí nghiệm Mơ-đun kéo (Ef) Chiều dày (nf) Biến dạng có hiệu vật liệu FRP bị hư hỏng: fe = Min(0.004, fu ) Trong đó: : Hệ số hiệu suất biến dạng FRP = 0.55 Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 83 Luận văn thạc sĩ I.2 Tính sức kháng nén cột bê tơng gia cường vật liệu FRP theo tiêu chuẩn ACI – 440.2R-08 I.2.1 Mẫu thí nghiệm số 2: Gia cường sợi Các-bon SCH-41 dạng băng - Giả sử TTGH biến dạng theo phương dọc FRP đạt giá trị tối đa trước bê tông bị phá hoại - Biến dạng có hiệu vật liệu FRP bị hư hỏng: fe = fu = 0.55x0.85% = 0.0047 - Áp lực có hiệu lên sợi: fl 2.n f t f fe E f D x1x1.00 x0.0047 x82000 200 3.834MPa - Biến dạng giới hạn bê tông gia cường FRP: ccu 0.45 f fe l 1.5 12. b ' ' fc c ' c 3.834l 0.0021.5 12 x1x 26 0.008 0.047 0.002 0.45 b : Hệ số ảnh hưởng hình dạng đến biến dạng giới hạn bê tông gia cường, với mặt cắt tròn b = 1.00 - Do: ccu 0.008 0.01 nên bê tông chưa bị phá hoại Khi đó: hgc x60 ' ' f cc f c 3,3. f a f l 26 3.3x0.95x1x3.834l 33.211MPa h 600 a : Hệ số ảnh hưởng hình dạng đến f cc ,với mặt cắt tròn a = 1.00 ' - Sức kháng nén cột bê tông gia cường vật liệu FRP: Pn 0.85 f cc' Ag Ast f y Ast 0.85x33.211x31416 0 0 886846 N 886.846kN Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 84 Luận văn thạc sĩ I.2.2 Mẫu thí nghiệm số 3: Gia cường sợi Các-bon SCH-41 dạng băng xốy chơn ốc - Giả sử TTGH biến dạng theo phương dọc FRP đạt giá trị tối đa trước bê tông bị phá hoại - Biến dạng có hiệu vật liệu FRP bị hư hỏng: fe = fu = 0.55x0.85% = 0.0047 - Góc hợp phương dọc sợi phương ngang cột - Áp lực theo phương ngang cột bê tơng có hiệu: f lC f l cos 2.n f t f fe E f cos D x1x1.00 x0.0047 x82000 200 200 150 200 3.07 MPa - Biến dạng giới hạn bê tông gia cường FRP: ccu 0.45 f l C fe 1.5 12. b ' ' fc c ' c 0.45 3.07 0.0047 0.002 x1.5 12 x1x 26 0.002 0.007 b : Hệ số ảnh hưởng hình dạng đến biến dạng giới hạn bê tơng gia cường, với mặt cắt tròn b = 1.00 - Do: ccu 0.007 0.01 nên bê tơng chưa bị phá hoại Khi đó: hgc x60 f cc' f c' 3,3. f a f lC 26 3,3x0.95x1x3.07 x 31.769MPa h 600 a : Hệ số ảnh hưởng hình dạng đến f cc ,với mặt cắt tròn a = 1.00 ' - Sức kháng nén cột bê tông gia cường vật liệu FRP: Pn 0.85 f cc' Ag Ast f y Ast 0.85x31.769x31416 0 0 848.335 N 848.335kN Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 85 Luận văn thạc sĩ I.2.3 Mẫu thí nghiệm số 4: Gia cường sợi Các-bon SCH-41 liên tục – lớp - Giả sử TTGH biến dạng theo phương dọc FRP đạt giá trị tối đa trước bê tông bị phá hoại - Biến dạng có hiệu vật liệu FRP bị hư hỏng: fe = fu = 0.55x0.85% = 0.0047 - Áp lực có hiệu lên sợi: fl 2.n f t f fe E f D x1x1.00 x0.0047 x82000 200 3.834MPa - Biến dạng giới hạn bê tông gia cường FRP: 0.45 f l fe ccu 1.5 12. b ' ' fc c 0.45 3.834 0.0047 0.002 x 1.5 12 x1x 26 0.002 0.008 ' c b : Hệ số ảnh hưởng hình dạng đến biến dạng giới hạn bê tông gia cường, với mặt cắt tròn b = 1.00 - Do: ccu 0.008 0.01 nên bê tông chưa bị phá hoại Khi đó: f f 3,3. f a f l 26 3.3x0.95x1x3.834 38.018 MPa ' cc ' c a : Hệ số ảnh hưởng hình dạng đến f ,với mặt cắt tròn a = 1.00 ' cc - Sức kháng nén cột bê tông gia cường vật liệu FRP: Pn 0.85 f cc' Ag Ast f y Ast 0.85x38.018x31416 0 01015216 N 1015.216kN Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 86 Luận văn thạc sĩ I.2.4 Mẫu thí nghiệm số 5: Gia cường sợi Các-bon SCH-41 liên tục – lớp - Giả sử TTGH biến dạng theo phương dọc FRP đạt giá trị tối đa trước bê tông bị phá hoại - Biến dạng có hiệu vật liệu FRP bị hư hỏng: fe = fu = 0.55x0.85% = 0.0047 - Áp lực có hiệu lên sợi: fl 2.n f t f fe E f D x x1.00 x0.0047 x82000 200 7.667 MPa - Biến dạng giới hạn bê tông gia cường FRP: 0.45 f l fe ' ccu c 1.5 12. b ' ' fc c 0.45 7.667 0.0047 0.002 x1.5 12 x1x 26 0.002 0.013 b : Hệ số ảnh hưởng hình dạng đến biến dạng giới hạn bê tơng gia cường, với mặt cắt trịn b = 1.00 - Do: ccu 0.013 0.01 nên bê tơng bị phá hoại Khi đó: ccu 0.01 3,3. f a f l f cc' f c' 0.01E2 f c' 0.01 0.45 f l fe ' c 1.5 12. b ' ' fc c f c' 0.01x - 3,3x0.95x1x7.667 43.977MPa 0.13 Sức kháng nén cột bê tông gia cường vật liệu FRP: Pn 0.85 f cc' Ag Ast f y Ast 0.85x38.018x31416 0 01015216 N 1015.216kN Chú ý: Khi làm thí nghiệm ta nén đến sợi bị phá hoại, lực nén tối đa lên mẫu tính gần sau: Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 87 Luận văn thạc sĩ f cc' f c' 3,3. f a f l 26 3.3x0.95x1.3.834 38.018 MPa Pmax 0.85 f cc' Ag Ast f y Ast 0.85x38.018x31416 0 01015216 N 1015.216kN I.2.5 Mẫu thí nghiệm số 6: Gia cường sợi thủy tinh SHE-51A liên tục – lớp - Giả sử TTGH biến dạng theo phương dọc FRP đạt giá trị tối đa trước bê tông bị phá hoại - Biến dạng có hiệu vật liệu FRP bị hư hỏng: fe = fu = 0.55x1.76% = 0.0097 - Áp lực có hiệu lên sợi: 2.n f t f fe E f fl D x1x1.00 x0.0097 x 20900 200 2.630 MPa - Biến dạng giới hạn bê tông gia cường FRP: ccu 0.45 f l fe 1.5 12. b ' ' fc c ' c 0.45 2.630 0.0097 0.0021.5 12.1 26 0.002 0.008 b : Hệ số ảnh hưởng hình dạng đến biến dạng giới hạn bê tông gia cường, với mặt cắt tròn b = 1.00 - Do: ccu 0.008 0.01 nên bê tông chưa bị phá hoại Khi đó: f f 3,3. f a f l 26 3.3x0.95 x1x 2.630 34.245MPa ' cc ' c a : Hệ số ảnh hưởng hình dạng đến f cc ,với mặt cắt tròn a = 1.00 ' - Sức kháng nén cột bê tông gia cường vật liệu FRP: Pn 0.85 f cc' Ag Ast f y Ast 0.85x34.245x31416 0 0 914469 N 914.469kN Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 88 Luận văn thạc sĩ PHỤ LỤC II: TÍNH TỐN GIA CƯỜNG CÁC MẪU THÍ NGHIỆM THEO MƠ HÌNH TƯƠNG TÁC CỘT BÊ TƠNG VÀ ĐAI GIA CƯỜNG II.1 Mẫu thí nghiệm số 4: Gia cường sợi Các-bon SCH-41 liên tục – lớp Do khơng có số liệu thí nghiệm hệ số nở ngang (hệ số Poisson) bê tơng nên tính toán ta tạm lấy = 0.2 - Giả sử TTGH biến dạng theo phương dọc FRP đạt giá trị tối đa trước bê tông bị phá hoại - Biến dạng có hiệu vật liệu FRP bị hư hỏng: fe = fu = 0.55x0.85% = 0.0047 - Áp lực có hiệu lên sợi: fl 2.n f t f fe E f D x1x1.00 x0.0047 x82000 200 3.834MPa - Mô đun đàn hồi bê tông giai đoạn 2: 3,3. f a 2.n f t f fe E f E2 0.45 2.n f t f fe E f fe ' D 1.5 12. b D f c' c 3,3x0.95x1x2 x1x1x0.047x82000 0.45 x1x1x0.047x82000 0.0047 0.002x2001.5 12x1x 200x26 0.002 ' c 1468MPa - Biến dạng giới hạn bê tông gia cường FRP: D.E 2.n f t f fe E f 1 ccu DE 2 n t E f f f 200 x1468 x1x1x0.0047 x82000 1 0.2 x0.2 x1x1x82000 0.2 x 200 x1468 0.033 Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 89 Luận văn thạc sĩ - Do: ccu 0.033 0.01 nên bê tông bị bị phá hoại Tuy nhiên ta thí nghiệm đến sợi bị đứt nên dùng cơng thức (cơng thức cơng thức tham khảo lúc bê tông bị phá hoại): D.E f l 1 2.n f t f E f 3.834 200 x1468 1 0.2 0.2 x1x1x82000 49.654 MPa f cc' - Sức kháng nén cột bê tông gia cường vật liệu FRP: Pn 0.85 f cc' Ag Ast f y Ast 0.85x 49.654x31416 0 01325946 N 1325.946 kN Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 90 Luận văn thạc sĩ II.2 Mẫu thí nghiệm số 5: Gia cường sợi Các-bon SCH-41 liên tục – lớp - Giả sử TTGH biến dạng theo phương dọc FRP đạt giá trị tối đa trước bê tông bị phá hoại - Biến dạng có hiệu vật liệu FRP bị hư hỏng: fe = fu = 0.55x0.85% = 0.0047 - Áp lực có hiệu lên sợi: fl 2.n f t f fe E f D x x1.00 x0.0047 x82000 200 7.667MPa - Mô đun đàn hồi bê tông giai đoạn 2: 3,3. f a 2.n f t f fe E f E2 0.45 n t E f f fe f fe D 1.5 12. b ' D f c' c 3,3x0.95x1x2 x2 x1x0.047x82000 0.45 x1x2 x0.047x82000 0.0047 0.002x200 1.5 12x1x 200 x 26 002 ' c 1798MPa - Biến dạng giới hạn bê tông gia cường FRP: D.E 2.n f t f fe E f 1 DE2 n t E f f f x x1x0.0047 x82000 200 x1468 1 0.2 x0.2 0.2 x 200 x1468 x1x1x82000 0.039 ccu - Do: ccu 0.039 0.01 nên bê tông bị bị phá hoại Tuy nhiên ta thí nghiệm đến sợi bị đứt nên dùng cơng thức (công thức công thức tham khảo lúc bê tơng bị phá hoại): Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 91 Luận văn thạc sĩ D.E f l 1 2.n f t f E f 3.834 200 x1468 1 0.2 0.2 x x1x82000 72.689 MPa f cc' - Sức kháng nén cột bê tông gia cường vật liệu FRP: Pn 0.85 f cc' Ag Ast f y Ast 0.85x72.689x31416 0 01941051N 1941.051kN Học viên: Hà Văn Quân – Cao học Cầu hầm K19 92
Ngày đăng: 31/05/2023, 08:26
Xem thêm: