Luận án tiến sĩ Kỹ thuật xây dựng: 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

TỔNG QUAN, MỤC TIÊU, Ý NGHĨA VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU

Với ưu điểm nổi trội của vật liệu FRP so với của thép như khối lượng riêng nhẹ, cường độ chịu kéo cao, không bị ăn mòn, dễ thi công, nên vật liệu FRP được ứng dụng phổ biến trong việc sửa chữa và gia cường kết cấu hiện nay Kỹ thuật gia cường kết cấu dùng tấm FRP thay thế cho kỹ thuật dùng tấm thép được thực hiện lần đầu tiên tại Châu Âu và Nhật Bản trong những thập niên 1980 Tại châu Âu, nghiên cứu thực nghiệm sử dụng tấm FRP để nâng cấp kết cấu bê tông đầu tiên là tại Đức vào năm 1978 [35] và ứng dụng đầu tiên dùng tấm CFRP để gia cường kháng uốn cho cầu BTCT là tại Thụy

Sĩ [36] Tại Nhật Bản, ứng dụng đầu tiên của tấm FRP là trong gia cường kháng nở hông cho cột BTCT vào những thập niên 1980 [37], [38] Sau trận động đất Hyogoken-Nanbu vào năm 1995, thống kê cho thấy có sự gia tăng đột biến của việc sử dụng tấm FRP cho gia cường kết cấu [39] Tại Hoa Kỳ, các nhà nghiên cứu đã quan tâm đến việc sử dụng vật liệu FRP gia cường cho kết cấu bê tông từ những thập niên 1930 Tuy nhiên, việc triển khai và phát triển các nghiên cứu sử dụng các loại vật liệu FRP để nâng cấp kết cấu bê tông thực sự bắt đầu mạnh mẽ vào những năm 1980 thông qua các sáng kiến của Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF) và Cục Đường bộ Liên bang (FHA) Các hoạt động

5 nghiên cứu này dẫn đến việc thi công thực tế hàng loạt dự án trong các điều kiện môi trường khác nhau Các nghiên cứu và ứng dụng thực tế của kỹ thuật gia cường dùng vật liệu FRP trước đây có thể dễ dàng tìm thấy trong tiêu chuẩn ACI [30] và các kỷ yếu hội nghị như FRPRCS, CICE, CDCC

Liên quan đến các tiêu chuẩn thiết kế và chỉ dẫn kỹ thuật của tấm gia cường FRP, một số tiêu chuẩn thiết kế điển hình có thể kể đến là tiêu chuẩn thiết kế của của Hiệp hội Kỹ sư Xây dựng Nhật Bản [40], hướng dẫn thiết kế của Liên đoàn Bê tông Quốc tế [41], [42], hướng dẫn thiết kế của Hội đồng nghiên cứu Quốc gia Ý [33], chỉ dẫn thiết kế của mạng lưới Trung tâm Cải tiến Kết cấu Canada [43], tiêu chuẩn thiết kế của Úc [44], báo cáo kỹ thuật của Hiệp hội Bê tông Anh [32] và hướng dẫn thiết kế của Viện

Về cơ bản, đặc tính cơ – lý của vật liệu FRP được cấu tạo từ hai thành phần chính gồm chất kết dính và sợi Chất kết dính được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau (epoxy, polyester, vinylester) tuy nhiên phổ biến nhất hiện nay là epoxy Đối với sợi gia cường, đây là thành phần chủ yếu tạo nên các đặc tính cơ lý cho vật liệu FRP, được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau và phổ biến nhất hiện nay là từ thủy tinh (sợi thủy tinh - G), aramid (sợi aramid - A), các-bon (sợi các-bon - C) và bazalt (sợi ba-zan - B) Tùy vào loại sợi được sử dụng mà vật liệu FRP được phân loại và có tên gọi tương ứng: GFRP, AFRP, CFRP và BFRP (Hình 1.1) Vấn đề ứng dụng vật liệu FRP vào trong thực tế đang đi theo ba hướng chính: i) vật liệu FRP được sử dụng làm vật liệu gia cường, sửa chữa; ii) vật liệu FRP được sử dụng như thành phần chịu lực cơ bản trong kết cấu công trình; và iii) bê tông sợi FRP Trong vấn đề gia cường kết cấu, vật liệu FRP ở dạng tấm được sử dụng phổ biến nhất Một số đặc tính cơ lý điển hình của tấm FRP và chất kết dính được thể hiện trong Bảng 1.1 và Bảng 1.2 Giữa các thành phần sợi FRP cũng như các loại keo đều có những ưu và nhược điểm riêng như được trình bày ở Bảng 1.3 và Bảng 1.4

Bảng 1.1 Một số đặc tính cơ lý điển hình của sợi [45]

Loại sợi Mô đun đàn hồi Cường độ chịu kéo Khối lượng riêng

Bảng 1.2 Một số đặc tính cơ lý điển hình của chất kết dính [45]

Loại chất kết dính Mô đun đàn hồi Cường độ chịu kéo Khối lượng riêng

(c) (d) Hình 1.1 Một số loại tấm sợi FRP: (a) CFRP; (b) BFRP; (c) GFRP; và (d) AFRP

Bảng 1.3 So sánh ưu và nhược điểm của các loại sợi FRP

Loại sợi Ưu điểm Nhược điểm

- Cường độ chịu kéo cao

- Cách điện tốt và chịu nhiệt cao

- Mô đun đàn hồi thấp

- Bị xâm thực trong môi trường hóa chất

- Khả năng chịu mỏi thấp và giòn

- Cường độ chịu kéo và mô đun đàn hồi cao

- Không bị xâm thực bởi môi trường

- Có tính cách nhiệt tốt

- Hệ số giản nở vì nhiệt theo chiều dọc sợi thấp

- Có tính dẫn điện cao

- Cường độ chịu kéo cao

- Hệ số giản nở vì nhiệt theo chiều dọc sợi không có

- Trọng lượng riêng nhẹ hơn sợi các-bon và sợi thủy tinh

- Nhiệt độ nóng chảy thấp

- Khó thi công và cắt sợi

- Cường độ chịu kéo cao nhất trong các loại sợi

- Khả năng kháng nhiệt cao

- Có tính cách âm tốt

Bảng 1.4 So sánh ưu và nhược điểm của các loại chất kết dính

Loại chất kết dính Ưu điểm Nhược điểm

- Tính chất cơ lý vừa phải

- Giới hạn thời gian làm việc

- Chứa khí thải Tyren Vinylester - Kháng ăn mòn do môi trường và hóa chất cao

- Đặc tính cơ học cao hơn polyester

- Độ dẻo dai cao hơn keo polyester

- Đặc tính cơ học và tính chịu nhiệt cao - Chứa khí thải Tyren cao

- Giá thành cao hơn keo polyester

Epoxy - Kháng xâm thực do nước và hóa chất cao

- Khả năng chịu nhiệt cao 220 0 C

- Thời gian làm việc lâu

- Giá thành cao hơn Vinylester

- Thời gian đông cứng chậm

1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kháng cắt của dầm BTUST gia cường tấm FRP

Kết quả các nghiên cứu và phân tích dữ liệu về khả năng kháng cắt của dầm BTCT và BTUST gia cường tấm FRP cho thấy hiệu quả gia cường tấm FRP phụ thuộc vào một số yếu tố chính như sau: kiểu phá hoại dầm, cường độ bê tông, hàm lượng cốt thép ngang và dọc, cáp ứng suất trước, thông số vật liệu FRP (loại tấm, kiểu dán và phương dán tấm FRP ), tỷ số nhịp cắt trên chiều cao làm việc dầm a/de, phương pháp neo Một số kết quả nghiên cứu liên quan đến các yếu tố vừa nêu được tóm lược sau đây

Kiểu phá hoại của tấm FRP ảnh hưởng đến khả năng kháng cắt của cấu kiện gia cường tấm FRP Phá hoại cắt xảy ra trên cấu kiện BTCT và BTUST gia cường tấm FRP chủ yếu là do phá hoại bong tách tấm FRP ra khỏi bề mặt bê tông và phá hoại đứt tấm FRP

Phá hoại cắt do sự bong tách tấm FRP xảy ra khi quá trình tấm FRP bóc tách khỏi bề mặt bám dính bê tông trước khi vật liệu FRP đạt đến khả năng chịu kéo cực hạn của nó và làm kết cấu bị phá hoại nhanh chóng Sự bong tách tấm FRP xảy ra tại vị trí tiếp giáp bề mặt giữa tấm với keo và giữa keo với bê tông Phá hoại bong tách chủ yếu xảy ra trên bê tông tại khoảng cách nhỏ giữa bề mặt tiếp xúc keo epoxy [46], [47] Quá trình bong tách tấm FRP diễn ra ở đỉnh hay đáy của đầu tự do dải FRP Do đó, sử dụng các công cụ neo tại những vị trí này nhằm trì hoãn hay làm chậm quá trình bong tách bề mặt sớm của tấm FRP cần thiết Bên cạnh đó, các nghiên cứu gần đây [7], [46], [48], [49]

9 cho thấy phá hoại cắt do sự bong tách tấm FRP hầu hết xảy ra cho kiểu gia cường FRP dán dạng dải bọc U và mặt bên Điều này đồng nghĩa với việc hiệu quả gia cường tấm FRP bị giảm rõ rệt Vì vậy, khi tính toán sức kháng cắt tấm FRP dạng dải, dạng bọc U hay bọc toàn bộ, các chỉ dẫn và tiêu chuẩn giới hạn giá trị biến dạng tấm FRP đến 0.4% [30], [32], [40], [43]; giới hạn giá trị biến dạng của tấm FRP đến 0.5% [33]; giới hạn giá trị biến dạng của tấm FRP đến 0.6% [41] và giới hạn giá trị biến dạng của tấm FRP đến 1.5% [44]

Phá hoại cắt do đứt tấm FRP xảy ra khi biến dạng tấm FRP đạt đến biến dạng cực hạn Điều này giúp phát huy hiệu quả gia cường tấm FRP Tuy nhiên, hiện tượng đứt tấm FRP gia cường thường chỉ xảy ra tại những vị trí tập trung ứng suất lớn như vị trí uốn tấm FRP hay bề mặt tiếp xúc kém phẳng; ở các vị trí còn lại, biến dạng tấm FRP thấp hơn nhiều so với biến dạng cực hạn tấm FRP [19] Chính vì vậy, để tránh xảy ra sự tập trung ứng suất tại các góc cạnh uốn, tấm FRP cần thiết được bo tròn Tiêu chuẩn [30] qui định bán kính tối thiểu bo tròn cạnh trước khi dán tấm FRP dạng bọc U là 13 mm, [44] qui định là 10 mm và [33] qui định là 20 mm

Khác với kiểu phá hoại tương đối thuần cắt của dầm BTCT gia cường, kiểu phá hoại của các dầm BTUST tiết diện chữ nhật, I và T khá phức tạp Ngoài kiểu phá hoại thuần cắt, dầm BTUST còn có thêm các kiểu phá hoại khác nữa như nén vỡ bê tông vùng cánh, hay bụng dầm, phá hoại ở vùng neo cáp, hoặc tuột cáp, sự bong tách của tấm FRP kèm theo sự bong tách của bê tông vùng bụng dầm và làm phá hoại dầm Chính vì vậy, việc sử dụng hệ neo rất cần thiết để ngăn cản bong tách FRP và gia tăng khả năng kháng cắt của dầm [20], [21], [50]

1.1.2.2 Ảnh hưởng cường độ bê tông

Các nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ bê tông đến tăng cường khả năng kháng cắt tấm FRP hiện nay mới chủ yếu tập trung trên dầm BTCT, còn kết quả nghiên cứu trên dầm BPC và UPC còn hạn chế Cụ thể, cường độ bê tông ảnh hưởng đến độ cứng vật liệu và khả năng tăng cường kháng cắt dầm BTCT gia cường tấm FRP [51] Bê tông có cường độ cao làm trì hoãn, hoặc hạn chế phá hoại do bong tách tấm FRP tại bề mặt tiếp giáp bê tông [46], [52] Bê tông có cường độ thấp làm hạn chế sự bong tách của bê tông ở vùng nén hoặc ở thanh nén xiên [53] và làm giảm cường độ bám dính giữa bê

10 tông với tấm FRP Có thể nói rằng cường độ bám dính của tấm FRP tỷ lệ thuận với cường độ chịu nén của bê tông [54] cho nên hiệu quả gia cường tấm FRP gia tăng tỷ lệ thuận với cường độ bê tông trên dầm UPC [22] Các tiêu chuẩn và chỉ dẫn hiện hành [30], [32], [33], [40], [41], [42], [43], [44] khi tính toán khả năng kháng cắt tấm FRP đều có kể đến ảnh hưởng cường độ bê tông

1.1.2.3 Ảnh hưởng cốt thép dọc

Cốt thép dọc ảnh hưởng đến độ cứng của tiết diện, mức độ tham gia của ứng xử uốn và cắt trong dầm BTCT gia cường tấm FRP Tuy nhiên, nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố hàm lượng cốt dọc đến khả năng kháng cắt dầm BTCT gia cường tấm FRP còn rất hạn chế Từ kết quả nghiên cứu thực nghiệm [51] cho thấy sự gia tăng hàm lượng cốt dọc dẫn đến sự gia tăng nhỏ thành phần kháng cắt của bê tông, gia tăng kháng cắt của dầm gia cường CFRP và đồng thời làm giảm bề rộng vết nứt Tuy nhiên, ảnh hưởng của yếu tố này trong các nghiên cứu trên dầm BPC và UPC vẫn chưa được đề cập

1.1.2.4 Ảnh hưởng cốt thép đai

Các nghiên cứu thực nghiệm gần đây cho thấy hiệu quả gia cường kháng cắt tấm FRP chịu ảnh hưởng bởi cốt thép đai trong dầm với nhiều ý kiến đầy ý nghĩa Cụ thể, các tác giả [6], [7], [52], [55], [56] và [57] cho rằng sức kháng cắt tăng cường bởi tấm CFRP/GFRP và biến dạng dọc trục tấm CFRP/GFRP tỷ lệ nghịch với hàm lượng cốt thép đai và hàm lượng cốt đai càng lớn sẽ làm cho tấm FRP dễ bị phá hoại (đứt hoặc bóc tách) trước khi dầm bị phá hoại cắt Điều này đồng nghĩa với việc tấm FRP ảnh hưởng đến ứng suất trong cốt thép đai [7] và làm giảm biến dạng cốt đai [57] Trong khi đó, các tác giả [7], [58] và [59] cho rằng hàm lượng cốt đai trong dầm không ảnh hưởng nhiều đến sức kháng cắt của tấm FRP Bên cạnh đó, các nghiên cứu [6], [7] và [60] cho thấy sự tương tác làm việc giữa tấm FRP và cốt đai rất quan trọng Bởi vì kết cấu gia cường sẽ gần như không đủ dẻo dai cho phép sự tham gia kháng cắt cực đại của mỗi thành phần kháng cắt tấm FRP và cốt đai xảy ra đồng thời Điều đáng nói là, các nghiên cứu ảnh hưởng cốt đai đến hiệu quả gia cường kháng cắt tấm FRP chủ yếu mới thực hiện trên dầm BTCT Các tiêu chuẩn và chỉ dẫn kỹ thuật [30], [32], [33], [40], [41], [42], [43] và [44] khi tính toán khả năng kháng cắt của dầm gia cường tấm FRP đều có kể

11 đến sự tham gia kháng cắt của thành phần cốt đai nhưng chưa kể đến ảnh hưởng tương tác giữa tấm FRP và cốt đai

1.1.2.5 Ảnh hưởng cáp ứng suất trước

MỤC TIÊU VÀ Ý NGHĨA NGHIÊN CỨU

Trên cơ sở tìm hiểu tổng quan nghiên cứu và các nhận xét đã được trình bày ở trên, mục tiêu tổng quát của luận án này là nghiên cứu ứng xử cắt của dầm UPC gia cường bằng tấm CFRP/GFRP Mục tiêu cụ thể của luận án như sau:

 Phân tích thực nghiệm và đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố chính như cường độ bê tông, quỹ đạo căng cáp, tỷ số nhịp cắt trên chiều cao làm việc của dầm a/de, thông số vật liệu FRP (hàm lượng và loại tấm gia cường (GFRP và CFRP), sơ đồ gia cường (dạng dải U rời rạc và liên tục)), hệ neo và phân tích ảnh hưởng tương tác giữa các yếu tố này đến hiệu quả gia cường của tấm gia cường CFRP/GFRP đối với dầm UPC tiết diện chữ T

 Xây dựng mô hình và đề xuất một công thức mới phục vụ cho việc dự đoán khả năng kháng cắt của dầm BTUST gia cường tấm FRP có xét đến các cơ chế kháng cắt và sự tương tác giữa các cơ chế này

1.2.2.1 Ý nghĩa khoa học Ứng xử cắt của dầm BTCT hay BTUST gia cường lưới sợi FRP thật sự rất phức tạp như đã được nhận xét trong nhiều nghiên cứu trước đây Trong trường hợp dầm UPC, kiến thức về ứng xử kháng cắt của các dầm loại này khi được gia cường tấm FRP càng trở nên hạn chế do số lượng các nghiên cứu chỉ có một vài và không đầy đủ Một số yếu tố quan trọng có ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử cắt của dầm BTUST gia cường tấm FRP như quỹ đạo căng cáp, cường độ bê tông, tỷ số nhịp cắt trên chiều cao dầm a/de, tương tác cốt đai với dải FRP và hệ neo nhưng chưa đề cập đến đầy đủ và có tính hệ thống cho đến thời điểm hiện tại Ở phương diện thực nghiệm, nghiên cứu này được kỳ vọng có thể làm sáng tỏ được một cách rõ ràng và có hệ thống về hiệu quả gia cường kháng cắt của tấm CFRP/GFRP cho dầm UPC

Về phương diện lý thuyết, do sự thiếu hụt của các nghiên cứu thực nghiệm về ứng xử cắt trên dầm BTUST gia cường tấm FRP, đặc biệt là dầm UPC, các điều khoản phục vụ cho việc xác định khả năng kháng cắt của dầm BTUST gia cường tấm FRP trong các nghiên cứu đã có được xây dựng chủ yếu dựa trên các nghiên cứu dầm BTCT gia cường tấm FRP Trong khi, ứng xử cắt của dầm BTCT gia cường và BTUST gia cường có nhiều khác biệt Ứng suất nén trước do cáp ứng suất trước tạo ra làm cho ứng xử của các dầm BTUST trở nên giòn hơn và có số lượng vết nứt cắt ít hơn nhưng bề rộng vết nứt lớn hơn khi bị phá hoại Kiểu ứng xử và hình thái vết nứt như thế này làm cho sự phân phối ứng suất trong tấm FRP gia cường mang tính cục bộ hơn và dễ dàng bong tách hơn so với trường hợp của dầm BTCT Điều này hàm ý rằng, hiệu quả gia cường của tấm FRP trong trường hợp dầm BTUST có thể thấp hơn nhiều so với trường hợp dầm BTCT Sự khác biệt thứ hai có thể kể đến là khác biệt về sự phân bố ứng suất trong nhịp cắt giữa dầm BTCT và BTUST Ứng suất nén của cáp có tác dụng làm tăng khả năng chịu kéo xiên của bê tông, làm đóng vết nứt, tăng hiệu ứng cài móc và tạo nên hiệu ứng chốt chặn rõ nét, từ đó làm thay đổi đáng kể sự phân bố ứng suất trong nhịp

NÔI DUNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN

cắt của dầm BTUST Luận án này đề xuất công thức tính mới, miêu tả gần hơn bản chất vật lý ứng xử cắt của dầm BTUST gia cường bằng vật liệu FRP Trong đó, công thức đề xuất lồng ghép được trong nó mô hình làm việc của vật liệu, các điều kiện về cân bằng và sự tương thích về biến dạng, xét được đầy đủ hơn các cơ chế kháng cắt cũng như sự tương tác giữa chúng và giúp cho việc tính toán hoặc thiết kế được tường minh và tin cậy hơn

1.2.2.2 Ý nghĩa thực tiễn Ở Việt Nam, trong một vài năm gần đây, giải pháp kỹ thuật gia cường dùng lưới sợi FRP nhận được sự quan tâm rất lớn từ cộng đồng doanh nghiệp và kỹ sư xây dựng do tính hiệu quả của nó so với các phương pháp truyền thống (thi công đơn giản, nhanh chóng và giá thành hợp lý) Tuy vậy, các nghiên cứu về lĩnh vực này ở Việt Nam vẫn còn rất nhiều hạn chế, đặc biệt là với các cấu kiện BTUST Các kết quả của Luận án này có thể cung cấp được nguồn dữ liệu tham khảo có giá trị cho những nhà nghiên cứu và cộng đồng kỹ sư xây dựng làm việc trong lĩnh vực gia cường kết cấu công trình ở Việt Nam Thêm vào đó, giải pháp neo kim mũi dù được đề xuất trong luận án này có chế tạo đơn giản và chi phí thấp so với các giải pháp neo khác (chẳng hạn như neo cơ học) nhưng có thể phát huy tốt hiệu quả làm việc, làm chậm và ngăn cản quá trình bong tách sớm tấm gia cường CFRP/GFRP, làm tăng mạnh hiệu quả gia cường và khả năng chịu lực của kết cấu

1.3 NỘI DUNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN 1.3.1 Nội dung nghiên cứu Để đạt được những mục tiêu nghiên cứu trên, luận án tiến hành thực hiện các nội dung chính sau:

(1) Khảo sát thực nghiệm trên 40 mẫu dầm UPC tiết diện chữ T đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố chính như cường độ bê tông, quỹ đạo cáp, tỷ số nhịp cắt trên chiều cao dầm (a/de), thông số vật liệu tấm FRP (hàm lượng và loại tấm (CFRP/GFRP), sơ đồ gia cường (dạng dải U rời rạc và liên tục), hệ neo, và phân tích ảnh hưởng tương tác giữa các yếu tố này đến khả năng kháng cắt dầm UPC gia cường tấm CFRP/GFRP

Cụ thể, các dầm thí nghiệm được chia thành ba nhóm A, B, C tương ứng với cường

25 độ chịu nén của bê tông lần lượt là 35, 55 và 70 MPa Mỗi nhóm gồm có một dầm đối chứng và các dầm gia cường tấm CFRP dạng chữ U với hàm lượng 0.83% và 1.67% và các dầm gia cường GFRP dạng chữ U hàm lượng 1.08% và 2.17% Dầm nhóm A sử dụng loại cáp thẳng và không sử dụng hệ neo Đối với dầm nhóm B và

C sử dụng hai loại quỹ đạo cáp khác nhau gồm cáp cong và cáp thẳng và sử dụng hai kiểu neo bằng cách dán tấm CFRP/GFRP dọc (AN1) và hệ neo kim mũi dù CFRP/GFRP kết hợp (AN2)

(2) Kiểm chứng và đánh giá lại các công thức tính khả năng kháng cắt của tấm FRP trong một số tiêu chuẩn hiện có dựa trên kết quả thực nghiệm từ nghiên cứu này và của một số tác giả khác Từ đó nhận xét và đánh giá mức độ chính xác của từng tiêu chuẩn theo sự tương tác cường độ bê tông, tỷ số nhịp cắt trên chiều cao dầm (a/de), tương tác cốt đai và thông số đặc trưng tấm FRP

(3) Xây dựng công thức tính khả năng kháng cắt của dầm BTUST tiết diện chữ T được gia cường tấm CFRP/GFRP dạng U có kể đến đầy đủ các cơ chế kháng cắt và ảnh hưởng của hệ neo và quỹ đạo cáp

1.3.2 Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án này là dầm UPC đơn giản dùng cáp không bám dính tiết diện chữ T được thiết kế theo ACI 318 [84] Vật liệu gia cường được nghiên cứu trong luận án là tấm CFRP/GFRP loại đơn hướng do hãng Tyfo sản xuất Cáp sử dụng loại không bám dính, 7 sợi, có đường kính danh định 15.2 mm

Phạm vi nghiên cứu thực nghiệm của luận án được giới hạn trên 40 dầm UPC tiết diện chữ T gia cường tấm CFRP/GFRP có kích thước tiết diện được thiết kế theo tỷ lệ mô hình 1/2 so với thực tế và có các thông số thay đổi gồm cường độ bê tông (35, 55 và 70 MPa), tỷ số nhịp cắt trên chiều cao dầm, a/de, (2.3, 1.9 và 1.5) loại tấm (CFRP/GFRP), hàm lượng (0.83% và 1.67% cho gia cường CFRP và 1.08% và 2.17% cho gia cường GFRP) và sơ đồ gia cường (dải U rời rạc và liên tục), hệ neo (hệ neo bằng cách dán tấm CFRP/GFRP dọc - AN1 và hệ neo kim mũi dù CFRP/GFRP kết hợp - AN2) và quỹ đạo cáp (cáp thẳng và cáp cong)

Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong luận án chủ yếu là phương pháp thực nghiệm phân tích ảnh hưởng các yếu tố chính đến ứng xử cắt của 40 dầm UPC tiết diện chữ T gia cường tấm CFRP/GFRP Ngoài ra, phương pháp thống kê hồi qui dùng để đánh giá lại các tiêu chuẩn, công thức đề xuất của luận án dự đoán khả năng kháng cắt của dầm BTUST gia cường tấm FRP dựa trên kết quả thực nghiệm từ nghiên cứu này và của một số tác giả khác Sau cùng là phương pháp giải tích xây dựng mô hình và công thức dự đoán khả năng kháng cắt của dầm BTUST gia cường tấm FRP

1.3.3 Cấu trúc và tổ chức của luận án

Luận án này gồm các phần và chương cụ thể như sau: Đặt vấn đề

Chương 1: Tổng quan, mục tiêu, ý nghĩa và nội dung nghiên cứu

Chương 2: 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 không bám dính gia cường tấm CFRP/GFRP

Chương 3: Kiểm chứng các công thức dự đoán khả năng kháng cắt hiện có cho dầm bê tông ứng suất căng sau dùng cáp không bám dính gia cường tấm CFRP/GFRP

Chương 4: Đề xuất công thức mới dự đoán khả năng kháng cắt cho dầm bê tông ứng suất căng sau dùng cáp không bám dính gia cường tấm CFRP/GFRP

Các công trình công bố

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 KHÔNG BÁM DÍNH GIA CƯỜNG TẤM CFRP/GFRP

CHƯƠNG TRÌNH THỰC NGHIỆM

Bảng 2.1 Chi tiết cấp phối bê tông

Thành phần Mô tả Khối lượng, kg/m 3

Xi măng Nghi Sơn PC40 400 420 460 Đá 1x2 (Tân Đông Hiệp) Dmax = 20mm 1045 1017 998

Cát sông (Đồng Nai) Mdl= 2 530 560 549

Phụ gia (lít) Mighty RD/ 3000RC 4.8 6.3 6.9

Các dầm thí nghiệm sử dụng bê tông thương phẩm của công ty Lê Phan Cấp phối chi tiết của bê tông sử dụng được trình bày trong Bảng 2.1 Độ sụt bê tông được thiết kế 122 mm Cường độ chịu nén fc, cube và kéo fsp, cube thực tế của bê tông được xác định thông qua kết quả trung bình của ba mẫu nén và ba mẫu kéo lập phương 150×150×150 mm được tổng hợp ở Bảng 2.2 Các mẫu được bảo dưỡng trong 28 ngày và sau đó tiến hành thí nghiệm theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) [104]

Bảng 2.2 Kết quả cường độ chịu nén và kéo chẻ trung bình của bê tông

Nhóm Cường độ chịu nén, fc,cube

Cường độ chịu kéo chẻ, fsp,cube

Dầm sử dụng cốt thép dọc chịu kéo có đường kính 25 mm, thép dọc cấu tạo có đường kính 12mm, và thép đai đường kính 6 mm Giới hạn chảy fy và giới hạn bền của cốt thép fu được xác định từ giá trị trung bình của ba mẫu từ thí nghiệm kéo dọc trục và được tổng hợp trong Bảng 2.3 Thí nghiệm kéo thép được thực hiện theo TCVN [105] 2.1.1.3 Cáp ứng suất trước

Dầm sử dụng cáp loại 7 sợi, không bám dính với đường kính danh nghĩa 15.2mm (Hình 2.1) theo tiêu chuẩn Mỹ ASTM [106] Thông số kỹ thuật của cáp được lấy theo nhà sản xuất (Bảng 2.4)

Hình 2.1 Cáp dự ứng lực

Bảng 2.3 Cường độ chịu kéo trung bình của cốt thép thanh Đường kính

(mm) Giới hạn chảy, fy (MPa) Giới hạn bền, fu (MPa)

Bảng 2.4 Thông số kỹ thuật của cáp Đường kính danh nghĩa (mm) 15.2

Tiết diện danh nghĩa (mm 2 ) 140

Lực kéo đứt tối thiểu 1 tao cáp (kN) 260.7

2.1.1.4 Tấm gia cường CFRP/ GFRP

Nghiên cứu này sử dụng hai loại vải sợi trực hướng là vải sợi các-bon (CFF) và vải sợi thủy tinh (GFF) (Hình 2.2) Thông số kỹ thuật vải sợi CFF và GFF và keo do nhà sản xuất Tyfo FYFE cung cấp được thể hiện trong Bảng 2.5 Việc xác định chỉ tiêu cơ lý độ bền tấm vải sợi các-bon và tấm vải sợi thủy tinh dựa vào tiêu chuẩn ASTM D3039/ D3039M-17 [107] (Bảng 2.6)

Hình 2.2 Vải sợi: (a) GFF; (b) CFF Bảng 2.5 Thông số cơ học của vải sợi CFF / GFF và keo do nhà sản xuất cung cấp Đặc tính cơ học Vải sợi các bon (CFF)

Vải sợi thủy tinh (GFF)

Cường độ chịu kéo cực hạn (theo hướng chính của sợi), MPa 986 575 72.4

Biến dạng tương đối tại điểm đứt, % 1.0 2.2

Mô đun đàn hồi, GPa 95.8 26.1 3.18

Chiều dày lớp sợi, mm 1.0 1.3

Bảng 2.6 Thông số cơ học của vải sợi CFF / GFF và keo từ thí nghiệm

Cường độ kéo cực hạn, ffu

Khảo sát thực nghiệm được tiến hành trên 40 mẫu kích thước lớn có cùng đặc trưng tiết diện hỡnh học (mụ phỏng tỷ lệ ẵ kớch thước dầm thực tế nhằm phự hợp điều kiện thí nghiệm trong phòng), chiều cao dầm h = 500 mm, bề rộng sườn bw = 120 mm, bề rộng cánh bf = 300 mm, chiều dày cánh hf = 80 mm, chiều dài dầm L = 3500 mm, nhịp dầm L0 = 3200 mm (Hình 2.3) Tỷ số giữa nhịp dầm trên chiều cao làm việc của dầm (L0/dp = 8.8) được chọn nhằm đảm bảo sao cho kiểu phá hoại của các dầm là phá hoại cắt để đạt được mục tiêu nghiên cứu của luận án và theo nhiều nghiên cứu trước đây trên dầm BPC gia cường tấm CFRP [19]-[21] Các dầm được chia làm ba nhóm A,

B và C có cường độ bê tông tương ứng lần lượt là 38.3, 55.5 và 73.4 MPa Dầm được căng sau bởi hai thanh cáp loại 7 sợi, đường kính 15.2 mm và không bám dính Lực căng ban đầu trong mỗi cáp, Fpi = 182 kN, tương đương với ứng suất nén hữu hiệu trong bê tông fpc = 4.6 MPa (ứng suất ban đầu căng cáp chưa trừ đi các tổn hao ứng suất) Thực tế, ứng suất nén bê tông sau khi kể đến tổn hao fpc = 4.41 MPa Các dầm được thiết kế theo ACI 318 [84] theo kiểu U, không nứt Vì vậy, lực căng ban đầu trong cáp được thiết kế đều thỏa điều kiện ft < 0.5 (fc’) 0.5 , với ft là ứng suất kéo lớn nhất trong tiết diện bê tông và fc’ là cường độ chịu nén của bê tông xác định trên mẫu lăng trụ Quỹ đạo căng cáp gồm hai dạng thẳng và cong (Hình 2.4) Thớ chịu kéo của dầm được bố trí thêm hai thanh cốt thép có đường kính 25mm, tương ứng với hàm lượng ρs = 1.79% và thớ chịu nén được bố trí bốn thanh cấu tạo đường kính 12mm Cốt đai dùng thép đường kính 6 mm với bước cốt đai 300mm phân bố đều dọc theo trục dầm, tương ứng với hàm lượng ρsw = 0.16% Tại vị trí hai đầu dầm, trong đoạn 200 mm, cốt đai được bố trí dày hơn với khoảng cách 50mm để tránh hiện tượng bị phá hoại cục bộ do lực căng trước Các dầm được gia cường kháng cắt bằng hai loại tấm CFRP hoặc GFRP dạng U liên tục và dải rời rạc (Hình 2.5) với hàm lượng tấm CFRP/GFRP gia cường kháng cắt thay đổi từ 0.83% đến 2.17% Các tấm CFRP/GFRP gia cường kháng cắt được thiết kế và bố trí

31 theo hướng dẫn thiết kế CNRDT-200R1 [33] Tiết diện dầm, sơ đồ bố trí cốt thép và cáp của các dầm thí nghiệm được thể hiện trên Hình 2.3 và Hình 2.4

Hình 2.3 Mặt cắt ngang mẫu dầm gia cường tấm FRP (đơn vị: mm)

Hình 2.4 Kích thước hình học, sơ đồ bố trí cáp, thép thanh và cảm biến đo biến dạng cáp và thép thanh của dầm thí nghiệm (đơn vị: mm): (a) quỹ đạo cáp cong (b) quỹ đạo cáp thẳng

Các dầm được chia làm ba nhóm A, B và C với các thông số thí nghiệm được tổng hợp trong Bảng 2.7 Nhóm A gồm 08 dầm đều có cùng quỹ đạo cáp thẳng, trong đó có một dầm đối chứng không gia cường, 04 dầm gia cường tấm CFRP dạng U liên tục và rời rạc với tỷ số a/de bằng 2.3 và 03 dầm gia cường tấm CFRP hai lớp dạng dải

U rời rạc với tỷ số a/de thay đổi từ 1.5, 1.9 và 2.3 (Hình 2.5)

Nhóm B có 15 dầm, gồm 07 dầm quỹ đạo cáp cong và 08 dầm quỹ đạo cáp thẳng có cùng tỷ số a/de bằng 2.3 Trong số 07 dầm quỹ đạo cáp cong của nhóm B, có 01 dầm không gia cường dùng làm đối chứng, 02 dầm gia cường tấm CFRP và GFRP dạng U

32 liên tục, 02 dầm gia cường tấm CFRP dạng dãi U rời rạc có sử dụng hệ neo CFRP dải dọc (AN1) và neo mũi dù CFRP kết hợp với dãi dọc (AN2) và 02 dầm gia cường GFRP dạng dải U rời rạc có sử dụng hệ neo GFRP kiểu AN1 và AN2 Trong số 08 dầm cáp thẳng, có 01 dầm không gia cường dùng làm đối chứng, 02 dầm gia cường tấm CFRP và GFRP dạng U liên tục, 02 dầm gia cường tấm CFRP và GFRP một lớp dạng dải U rời rạc không neo, 01 dầm gia cường tấm CFRP hai lớp dạng dải U rời rạc không neo,

02 dầm gia cường CFRP dạng dải U rời rạc có sử dụng hệ neo AN1 và AN2 (Hình 2.6)

Nhóm C gồm 17 dầm, trong đó, có 07 dầm quỹ đạo cáp cong và 10 dầm quỹ đạo cáp thẳng Bảy dầm cáp cong này của nhóm C có sơ đồ gia cường giống như bảy dầm cáp cong của nhóm B vừa nêu Trong số 10 dầm cáp thẳng, có 01 dầm không gia cường dùng làm đối chứng, 02 dầm gia cường tấm CFRP và GFRP dạng U liên tục, 02 dầm gia cường tấm CFRP và GFRP một lớp dạng dải U rời rạc không neo, 01 dầm gia cường tấm CFRP hai lớp dạng dải U rời rạc không neo, 02 dầm gia cường CFRP dạng dải U rời rạc có sử dụng hệ neo AN1 và AN2 và 03 dầm gia cường tấm CFRP hai lớp dạng dải U rời rạc không neo với tỷ số a/de thay đổi (1.5, 1.9 và 2.3) (Hình 2.5)

Nghiên cứu này sử dụng hệ neo dán dải dọc bằng tấm CFRP/GFRP trên đỉnh các dãi gia cường kháng cắt tấm CFRP/GFRP tương tự như kiểu neo-HS truyền thống với bề rộng tấm CFRP/ GFRP là 75 mm gọi là hệ neo AN1 (Hình 2.6a) Hệ neo thứ hai được dùng gồm kim mũi dù kết hợp với hệ neo AN1; đây được xem là hệ neo mới chưa được đề cập trong các nghiên cứu trước đây và được ký hiệu là AN2 (Hình 2.6b) Hệ neo này đã đăng ký bản quyền sở hữu trí tuệ theo hồ sơ số 2-2020-00481 Trong hệ neo AN2 này, chi tiết neo mũi dù được thiết kế dựa trên cải tiến của Kim và cộng sự [9], [75] và Castillo và cộng sự [77] bằng cách bổ sung thêm kim neo bằng thép và phát triển góc xòe của đầu dù lên 360 ° Phần kim neo bằng thép giúp cho phần mũi dù ôm sát với kim và dễ neo vào lỗ khoan đường kính nhỏ trên thân cấu kiện, nhờ đó giúp thi công nhanh và chính xác hơn Phần đầu dù được mở rộng góc xòe lên 360 ° kết hợp với dải CFRP/GFRP dọc giúp phân tán ứng suất đều lên đầu dải CFRP/ GFRP gia cường kháng cắt và hạn chế đứt tấm dọc theo hướng sợi gia cường

Hình 2.5 Sơ đồ dầm gia cường tấm CFRP/GFRP dạng bọc U và cảm biến đo biến dạng tấm CFRP/GFRP của dầm thí nghiệm (đơn vị: mm): (a) dạng liên tục, a/de = 2.3; (b) dạng rời rạc, a/de = 2.3; (c) dạng rời rạc, a/de = 1.9; (d) dạng rời rạc, a/de = 1.5

Hình 2.6 Sơ đồ dầm gia cường tấm CFRP/GFRP dạng bọc U và cảm biến đo biến dạng tấm CFRP/GFRP của dầm thí nghiệm (đơn vị: mm): (a) neo AN1; (b) neo AN2 Kim neo mũi dù CFRP /GFRP được thiết kế chi tiết cụ thể như Hình 2.7 và Hình 2.8 Kim neo mũi dù CFRP /GFRP bao gồm đoạn thân neo cấu tạo bởi một thanh thép

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ỨNG XỬ CẮT CỦA CÁC DẦM THÍ NGHIỆM

2.2.1 Hình thái vết nứt và kiểu phá hoại

Hình 2.10 Kiểu phá hoại của dầm không gia cường: (a) Cáp thẳng; (b) Cáp cong Tất cả các dầm không gia cường (dầm đối chứng) đều bị phá hoại cắt như Hình 2.10 Vết nứt cắt phát triển quá mức làm vùng bê tông ở gần điểm đặt tải bị nén vỡ và làm dầm bị phá hoại xảy ra đối với dầm quỹ đạo cáp cong (PH-B0-2.3 và PH-C0-2.3) gọi là phá hoại nén cắt (SC) Vết nứt xiên chủ đạo làm dầm bị tách ra thành hai phần khi phá hoại xảy ra đối với dầm cáp thẳng (dầm P-A0-2.3, P-B0-2.3, và P-C0-2.3) gọi là phá hoại cắt xiên (SD) Kiểu phá hoại của các dầm không gia cường rất giòn và đột ngột và kèm theo một tiếng nổ lớn Các dầm có cường độ bê tông càng cao, tiếng nổ nghe càng lớn Vết nứt uốn đầu tiên xuất hiện ở vùng giữa nhịp và vuông góc với trục dầm ở cấp tải Pcr,flex ≈ 21%Pu,exp cho dầm cáp cong, Pcr,flex ≈ 23%Pu,exp cho dầm cáp thẳng, với Pcr,flex là cấp tải gây vết nứt uốn đầu tiên và Pu,exp là tải phá hoại của dầm (Bảng 2.8) Vết nứt xiên đầu tiên trong nhịp cắt hình thành trễ hơn ở cấp tải Pcr,sh ≈ 33%Pu,exp cho dầm cáp

40 cong, Pcr,sh ≈ 34%Pu,exp cho dầm cáp thẳng với Pcr,sh là cấp tải gây vết nứt xiên đầu tiên Tại thời điểm phá hoại, biến dạng của bê tông tại điểm đặt tải đều đạt hoặc vượt qua giá trị 3‰ (giá trị biến dạng nén vỡ của bê tông theo ACI 318-14), cáp, thép dọc chịu kéo và cốt đai đều chảy dẻo; bề rộng vết nứt xiên lớn nhất đo được của dầm có quỹ đạo cáp thẳng từ 6-8 mm và dầm có quỹ đạo cáp cong từ 4-6mm với góc vết nứt xiên tương ứng là 25.6-28.7 o và 35-41.1 o (Bảng 2.8) Quỹ đạo căng cáp và cường độ bê tông ảnh hưởng không đáng kể đến khả năng nứt xiên của dầm không gia cường; tuy nhiên, quỹ đạo cáp cong giúp dầm có tốc độ phá hoại chậm hơn, ít giòn hơn và bề rộng của vết nứt xiên nhỏ hơn so với các dầm có quỹ đạo cáp thẳng Sự giảm tỷ số a/de (từ 2.3 về 1.5) làm tăng đáng kể góc của vết nứt xiên trung bình 17%

Hình 2.11 Kiểu phá hoại của dầm cáp thẳng gia cường tấm CFRP/GFRP nhóm A

Hình 2.12 Kiểu phá hoại của dầm cáp thẳng gia cường tấm CFRP/GFRP nhóm B

Hình 2.13 Kiểu phá hoại của dầm cáp thẳng gia cường tấm CFRP/GFRP nhóm C

Hình 2.13 Kiểu phá hoại của dầm cáp thẳng gia cường tấm CFRP/GFRP nhóm C (tiếp theo)

Hình 2.14 Kiểu phá hoại của dầm cáp cong gia cường tấm CFRP/GFRP nhóm B

43 Hình 2.15 Kiểu phá hoại của dầm cáp cong gia cường tấm CFRP/GFRP nhóm C

Bảng 2.8 Tổng hợp kết quả thí nghiệm các dầm thực nghiệm

Nhóm Mẫu dầm f c,cube P cr, flex P cr,sh P u,exp V fu,exp  u  E b  cu,pld   cu,mid   fu   fu,ave   wu   su,mid   su,pld   pu,mid   pu,pld  Góc phá hoại

MPa kN kN kN kN mm kN.mm ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ 

PH-B1-2.3-G-Cont 165 270 767 31.0 42.9 25983 3.67 1.99 6.15 1.71 4.99 5.82 3.63 13.90 13.35 42.7 S+F PH-B1-2.3-C-Cont 145 N/A 798 46.5 44.6 27518 3.73 2.25 4.66 1.25 15.96 6.24 5.73 13.87 13.41 38.2 SC+D PH-B1-2.3-G-AN1 150 240 730 12.5 40.3 23218 3.36 1.87 7.09 2.28 22.31 5.03 4.29 11.69 11.22 38.6 SC+D PH-B1-2.3-G-AN2 165 240 747 21.0 42.1 25020 3.53 1.97 6.26 2.97 20.04 5.49 4.66 12.31 11.00 43.2 SC+D PH-B1-2.3-C-AN1 165 240 757 26.0 40.8 23693 3.63 1.86 6.40 1.99 20.57 4.47 4.03 10.82 10.21 40.3 SC+D PH-B1-2.3-C-AN2 150 255 775 35.0 43.2 25986 3.82 2.14 6.10 2.32 14.76 6.15 3.43 13.68 13.10 37.4 S+F

P-B1-2.3-G-Cont 150 255 669 57.0 15.97 8129 3.16 1.09 5.04 2.59 10.64 2.78 1.84 7.89 7.70 35.1 SD+D P-B1-2.3-C-Cont 165 - 693 45.0 17.34 6572 3.18 1.29 2.62 1.84 11.48 2.86 1.83 7.82 7.64 36.1 SD+D P-B1-2.3-C-AN1 120 240 669 45.0 16.9 7364 3.18 1.30 4.52 2.42 14.98 2.81 2.09 7.83 7.77 32.9 SD+D P-B1-2.3-C-AN2 150 250 687 54.0 17.3 7828 3.16 1.56 4.66 3.19 12.81 2.88 2.07 7.89 7.87 34.7 SD+D

Vfu,exp = (Vu,exp,FRP -Vu,exp,0)= (Pu,exp,FRP -Pu,exp,0)/2

Bảng 2.8 Tổng hợp kết quả thí nghiệm các dầm thực nghiệm (tiếp theo)

Nhóm Mẫu dầm f c,cube P cr, flex P cr,sh P u,exp V fu,exp  u  E b  cu,pld   cu,mid   fu   fu,ave   wu   su,mid   su,pld   pu,mid   pu,pld  Góc phá hoại

MPa kN kN kN kN mm kN.mm ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ ‰ 

2.2.2 Quan hệ lực và chuyển vị

Hình 2.16 Quan hệ lực và chuyển vị của các dầm: (a) dầm đối chứng; (b) dầm cáp thẳng gia cường tấm CFRP rời rạc với tỉ số a/de thay đổi; (c) dầm cáp cong gia cường tấm GFRP rời rạc có neo với tỉ số a/de = 2.3; (d) dầm cáp thẳng gia cường tấm GFRP/CFRP rời rạc không neo với tỉ số a/de = 2.3; (e) dầm cáp cong gia cường tấm CFRP rời rạc có neo; (f) dầm cáp thẳng gia cường tấm CFRP rời rạc có neo; (g) dầm cáp cong gia cường tấm GFRP/CFRP liên tục không neo; và (h) dầm cáp thẳng gia cường GFRP/CFRP liên tục không neo

PH-C0-2.3 PH-B1-2.3-G-AN1 PH-C1-2.3-G-AN1 PH-B1-2.3-G-AN2 PH-C1-2.3-G-AN2

L/250mm cấp tải lớn nhất của dầm đối chứng

PH-C0-2.3 PH-B1-2.3-C-AN1 PH-C1-2.3-C-AN1 PH-B1-2.3-C-AN2 PH-C1-2.3-C-AN2

P-C0-2.3 P-A1-2.3-G-Cont P-B1-2.3-G-Cont P-C1-2.3-G-Cont P-A1-2.3-C-Cont P-B1-2.3-C-Cont P-C1-2.3-C-Cont

47 Ứng xử của các dầm được thể hiện qua quan hệ lực - chuyển vị trên Hình 2.16 Giá trị lực và chuyển vị lớn nhất của các dầm được trình bày trong Bảng 2.8 Quan hệ lực - chuyển vị của các dầm có thể được chia thành ba giai đoạn chính: (a) trước khi xuất hiện nứt uốn có ứng xử tuyến tính [P ≤ Pcr,flex với Pcr,flex là cấp tải khi vết nứt uốn đầu tiên trong dầm được ghi nhận]; (b) sau khi nứt đến cấp tải (0.8-0.9)Pu,exp có ứng xử phi tuyến [với Pu,exp là tải phá hoại của dầm]; và (c) từ cấp tải này đến khi phá hoại

Trong giai đoạn (a), các dầm gia cường và không gia cường có ứng xử tuyến tính và tương tự nhau Ở giai đoạn này, cáp và tấm CFRP/GFRP chưa làm việc nhiều do đó hầu như không ảnh hưởng đáng kể đến độ cứng, chuyển vị cũng như đến cường độ kháng nứt uốn của dầm Cường độ bê tông cũng không có ảnh rõ nét đến chuyển vị và độ cứng của dầm Tuy nhiên, cường độ bê tông cao giúp dầm kháng nứt uốn tốt hơn với khả năng kháng nứt uốn của các dầm nhóm C cao hơn so với các dầm nhóm B và nhóm

A Cụ thể, khả năng kháng nứt uốn dầm nhóm C cao hơn nhóm B trung bình 11% đối với cáp thẳng và 2% đối với cáp cong; dầm nhóm C cao hơn nhóm A trung bình 23% đối với cáp thẳng

Trong giai đoạn (b), khi xét trong giai đoạn trước khi xuất hiện vết nứt xiên [P< 0.34Pu,exp đối với dầm đối chứng và P < 0.4Pu,exp đối với các dầm gia cường], mặc dù quan hệ lực-chuyển vị của các dầm vẫn còn tuyến tính, ứng xử của các dầm bắt đầu có sự khác biệt Tấm gia cường CFRP/GFRP, đặc biệt tấm gia cường dạng liên tục, tiếp nhận một phần ứng suất kéo xiên của bê tông trong nhịp cắt của dầm, nhờ đó giúp tăng khả năng kháng nứt xiên (Pcr,sh) của dầm gia cường so với của dầm không gia cường

Cụ thể, sự gia tăng khả năng kháng nứt xiên của dầm gia cường lớn hơn dầm không gia cường trung bình lần lượt khoảng 9% và 24% lần lượt đối với dầm cáp cong và cáp thẳng; và khả năng kháng nứt xiên của tấm CFRP lớn hơn của tấm GFRP trung bình khoảng 7% Cường độ bê tông cũng có ảnh hưởng đến khả năng kháng nứt xiên của dầm với khả năng kháng nứt xiên tăng trung bình 9% khi cường độ bê tông tăng từ 55.5 MPa đến 73.4 MPa (Bảng 2.8) So với quỹ đạo cáp thẳng, quỹ đạo cáp cong giúp giảm ứng xuất kéo xiên trong dầm từ đó giúp tăng khả năng kháng nứt xiên của dầm khoảng 14% đối với dầm không gia cường và chỉ khoảng 3% đối với dầm gia cường Hệ neo và loại tấm gia cường không có tác động đáng kể đến cấp tải gây nứt xiên đầu tiên và ứng xử của dầm trong giai đoạn này Chuyển vị của dầm không gia cường lớn hơn của dầm gia

48 cường khi xét cùng một cấp tải; cường độ bê tông cao hơn giúp dầm có độ cứng lớn hơn, vì vậy cũng giúp làm giảm chuyển vị của dầm Sau khi vết nứt xiên xuất hiện (P

>0.34Pu,exp hoặc P >0.4Pu,exp trở đi), ứng xử của các dầm không còn tuyến tính rõ ràng và dần chuyển sang phi tuyến, đặc biệt là với các dầm gia cường Tấm CFRP/GFRP, trong giai đoạn này, bắt đầu phát huy vai trò gia cường của chúng, tiếp nhận một phần ứng suất kéo chính trong nhịp cắt, từ đó làm chậm đi quá trình hình thành vết nứt xiên trong dầm và làm gia tăng khả năng kháng nứt xiên của dầm trung bình từ 19 đến 33% cho dầm cáp thẳng và 3 đến 15% cho dầm cáp cong (so sánh giữa dầm gia cường và không gia cường) Cơ chế kiểm soát và làm chậm quá trình phát triển của vết nứt xiên do tấm gia cường đồng thời làm cho quá trình suy giảm độ cứng của dầm gia cường diễn ra chậm hơn so với dầm không gia cường Cường độ bê tông cao hơn giúp dầm có độ cứng lớn hơn, vì vậy cũng giúp làm giảm chuyển vị của dầm Quỹ đạo cáp cong làm dầm có ứng xử mềm mại hơn so với dầm cáp thẳng với chuyển vị lớn hơn khi xét cùng một cấp tải, đặc biệt ở các dầm thuộc nhóm C Cụ thể, xét tại cấp tải gây nên chuyển vị giới hạn ở trạng thái sử dụng (L/250 = 13 mm theo EN 1990 [80] của dầm cáp cong không gia cường (PH-B0 đối với nhóm B và PH-C0 đối với nhóm C), chuyển vị của dầm cáp cong lớn hơn chuyển vị của dầm cáp thẳng trung bình 9% và 15% tương ứng đối với nhóm B và nhóm C Ở giai đoạn (c) [P > 0.8Pu,exp], ứng xử của các dầm dần chuyển sang phi tuyến; đồng thời ứng xử của các dầm cáp cong và cáp thẳng có sự khác biệt lớn Hình 2.16 (a), (c), (e), (f), (g) và (h) cho thấy dầm cáp cong ứng xử mềm dẻo hơn so với dầm cáp thẳng với độ cứng của dầm cáp thẳng lớn hơn của dầm cáp cong, đặc biệt ở nhóm dầm C Tấm gia cường ở giai đoạn này làm việc rất hiệu quả, giúp hạn chế sự phát triển của vết nứt từ đó giúp dầm gia cường có độ cứng lớn hơn và giúp giảm chuyển vị so với dầm không gia cường Xét tại cấp tải phá hoại của dầm đối chứng, trường hợp dầm cáp cong, sự giảm chuyển vị của dầm gia cường so sánh với chuyển vị dầm đối chứng lần lượt từ 6 đến 29% cho dầm nhóm B và từ 2 đến 24% cho nhóm C; số liệu tương ứng cho trường hợp dầm cáp thẳng là từ 2 đến 9% cho dầm nhóm A, từ 10 đến 26% cho dầm nhóm B và từ 15 đến 25% cho nhóm C Tấm gia cường dạng liên tục có khả năng duy trì độ cứng của dầm tốt hơn dải rời rạc, làm cho tốc độ gia tăng chuyển vị của dầm gia cường tấm dạng liên tục chậm hơn so với dầm gia cường bằng dải rời rạc Cường độ bê tông ảnh

49 hưởng đến ứng xử của dầm tuy nhiên không đáng kể Dầm gia cường không neo có độ cứng nhỏ hơn so với dầm sử dụng hệ neo (Hình 2.16 (c), (d), (e) và (f)) Điều này cho thấy hiệu quả của hệ neo trong việc hạn chế sự bong tách quá mức của tấm, từ đó giúp tấm gia cường kiểm soát được vết nứt trong dầm tốt hơn Tuy nhiên, loại hệ neo (AN1/AN2), cũng như loại tấm gia cường (CFRP/GFRP) không có ảnh hưởng rõ nét đến ứng xử của dầm Dầm sử dụng hệ neo AN1 hoặc AN2 có ứng xử gần như tương đồng nhau ngoại trừ ở dầm cáp thẳng nhóm C trong đó dầm sử dụng hệ neo AN2 có độ cứng lớn hơn đáng kể so với dầm sử dụng hệ neo AN1 Tấm CFRP/GFRP chỉ làm tăng nhẹ khả năng kháng cắt của dầm cáp cong từ 4 đến 13% (so với của dầm đối chứng), nhưng làm tăng đáng kể khả năng kháng cắt của dầm cáp thẳng từ 9 đến 26% Tỷ số a/de ảnh hưởng đáng kể đến ứng xử của dầm gia cường tấm CFRP (Hình 2.16 (b)) Cụ thể, khi tỷ số a/de giảm từ 2.3 về 1.9 và từ 2.3 về 1.5, khả năng kháng cắt của dầm tăng trung bình lần lượt là 11.4% và 27.3%, độ cứng chuyển vị dầm giảm trung bình lần lượt là 10.2% và 20.4%

2.2.3 Ảnh hưởng cường độ bê tông

Cường độ bê tông cho thấy là yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến ứng xử cắt của các dầm Nhìn chung, cường độ bê tông có xu hướng ảnh hưởng rõ nét đến ứng xử của dầm gia cường tấm CFRP/ GFRP cáp thẳng hơn dầm cáp cong (Hình 2.16 (b), (d) và (h) Ảnh hưởng của cường độ bê tông đến ứng xử của dầm gia cường tấm CFRP/ GFRP được khảo sát và đánh giá cho các đặc trưng kết cấu gồm khả năng kháng cắt, biến dạng và hấp thụ năng lượng dầm, và biến dạng của các thành phần vật liệu (tấm CFRP/GFRP, bê tông, cốt đai, cốt dọc và cáp) a Đến khả năng kháng nứt và kháng cắt

Cường độ bê tông cao giúp dầm kháng nứt xiên tốt hơn và sự gia tăng khả năng kháng nứt xiên của dầm tỷ lệ thuận với sự giảm của tỷ số a/de Cụ thể, khả năng kháng nứt xiên của dầm gia cường một lớp CFRP/GFRP nhóm C (fc,cube = 73.4 MPa) cao hơn so với của các dầm nhóm B (fc,cube = 55.5 MPa) trung bình 13% đối với dầm cáp thẳng và 11% đối với dầm cáp cong; nhóm C cao hơn nhóm A (fc,cube = 38.3 MPa) trung bình 21% đối với cáp thẳng (Hình 2.17) Đối với dầm cáp thẳng gia cường hai lớp tấm CFRP, khả năng kháng nứt xiên của dầm nhóm C cao hơn dầm nhóm A trung bình 38%

Hình 2.17 Khả năng kháng nứt xiên của các dầm thí nghiệm gia cường 1 lớp

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

Chương này phân tích thực nghiệm ảnh hưởng của các yếu tố gồm cường độ bê tông, tỷ số nhịp cắt trên chiều cao dầm (a/de), loại tấm và hàm lượng tấm FRP (CFRP/GFRP), sơ đồ gia cường (dải U rời rạc và liên tục), hệ neo, quỹ đạo cáp đến ứng xử cắt (khả năng kháng cắt, biến dạng và hấp thu năng lượng của dầm; biến dạng và hiệu quả gia cường của tấm CFRP/GFRP; tương tác biến dạng của tấm và cốt đai; biến dạng của cáp, bê tông và cốt thép thanh) của dầm UPC gia cường tấm CFRP/GFRP Chương trình thực nghiệm được tiến hành trên 40 dầm UPC gia cường kháng cắt bằng tấm CFRP/GFRP Căn cứ vào các kết quả nghiên cứu đạt được, một số kết luận chính của chương có thể được phác thảo như sau:

1/ Về ảnh hưởng của cường độ bê tông:

- Việc tăng cường độ bê tông (từ 38.3 lên 73.4 MPa) làm tăng đáng kể hiệu quả gia cường kháng cắt của tấm CFRP/GFRP, đặc biệt ở dầm có quỹ đạo cáp thẳng (lên đến 35%) Hiệu quả gia cường của tấm gia cường CFRP/GFRP được phát huy tốt hơn khi cường độ bê tông dầm tăng có thể giải thích là do sự gia tăng của cường độ bám dính giữa tấm CFRP/GFRP với bề mặt bê tông dầm khi cường độ bề tông tăng dẫn đến tăng hiệu quả làm việc của tấm CFRP/GFRP

- Một mặt, việc tăng cường độ bê tông (từ 38.3 lên 73.4 MPa) làm tăng độ cứng của dầm và giúp dầm kiểm soát tốt hơn chuyển vị của nó ở giai đoạn sử dụng; nhưng ở mặt khác, nó cũng làm tăng đáng kể khả năng biến dạng (chuyển vị tổng) của dầm (lên tới 34%) Đồng thời việc gia tăng cường độ bê tông còn cải thiện mạnh khả năng hấp thụ năng lượng của dầm (lên đến 102%)

- Sự gia tăng cường độ bê tông ảnh hưởng rất rõ đến sự gia tăng biến dạng trung bình của tấm CFRP/GFRP dọc theo vết nứt xiên chính, đặc biệt ở dầm có quỹ đạo cáp thẳng (lên đến 40%); đồng thời nó cũng làm gia tăng biến dạng của cốt đai Tuy nhiên, ảnh hưởng của sự gia tăng của cường độ bê tông đến sự gia tăng

95 biến dạng trung bình của tấm CFRP/GFRP dọc theo vết nứt xiên chính và biến dạng của cốt đai ở các dầm cáp cong lại ít rõ nét hơn Nguyên nhân có thể là do ứng xử dẻo hơn của dầm quỹ đạo cáp cong làm chuyển dạng phá hoại từ cắt thuần túy sang cắt - uốn, khiến cho tấm CFRP và cốt đai kháng cắt không phát huy hết vai trò làm việc của chúng

2/ Về ảnh hưởng của quỹ đạo căng cáp

- Quỹ đạo cáp cong chi phối đáng kể đến hình thái của vết nứt xiên, tốc độ phá hoại (chậm hơn) và kiểu phá hoại của dầm (ít giòn hơn và bề rộng của vết nứt xiên nhỏ hơn so với các dầm có quỹ đạo cáp thẳng) Góc vết nứt xiên chủ đạo trong dầm cáp cong dao động từ 27 ° đến 44 ° lớn hơn trung bình 19% so với của dầm cáp thẳng

- Quỹ đạo cáp cong làm tăng đáng kể khả năng kháng nứt xiên (trung bình 14%), kháng cắt (trung bình 19%), biến dạng và hấp thụ năng lượng của dầm hiệu quả hơn so với dầm cáp thẳng Tuy nhiên, mức tham gia đóng góp kháng cắt thành phần tấm CFRP/GFRP của dầm cáp cong nhỏ hơn so với dầm cáp thẳng (từ 32% và 48%) Thực tế này có thể là do sự chuyển đổi dạng phá hoại của dầm từ phá hoại cắt sang cắt – uốn nhờ vào khả năng chống cắt hiệu quả của nhánh cáp cong; tuy vậy, kiểu phá hoại này lại khiến cho vai trò của tấm gia cường CFRP/GFRP trở nên giảm sút và làm giảm mức đóng góp của tấm CFRP/GFRP vào khả năng kháng cắt của dầm

- Biến dạng lớn nhất của cốt đai, cáp, cốt dọc và của bê tông tại vị trí giữa nhịp và vị trí đặt tải của dầm cáp cong gia cường CFRP lớn hơn các dầm có quỹ đạo cáp thẳng Cáp trong các dầm quỹ đạo cáp cong đều đã chảy dẻo; tuy nhiên, cáp trong các dầm quỹ đạo cáp thẳng đều chưa bị chảy dẻo

3/ Về ảnh hưởng của nhóm thông số liên quan đến tấm CFRP/GFRP (loại tấm, số lớp hay hàm lượng và cấu hình gia cường)

- Tấm gia cường CFRP/ GFRP làm tăng khả năng kháng cắt của dầm UPC trong nghiên cứu này tối đa đến 27%; hiệu quả gia cường này thấp hơn đáng kể so với

96 hiệu quả gia cường của tấm CFRP/GFRP cho dầm BTCT trong các nghiên cứu trước đây (tối đa lên đến 75%)

- Kiểu gia cường tấm CFRP/GFRP dạng U liên tục tạo nên góc của vết nứt xiên (từ 32 ° đến 34 ° ) lớn hơn dầm không gia cường 17%, cải thiện khả năng kháng cắt và sự tham gia đóng góp kháng cắt của tấm gia cường CFRP/GFRP Ngoài ra, gia cường tấm CFRP/GFRP dạng U liên tục gia tăng khả năng biến dạng và hấp thụ năng lượng của dầm tốt hơn so với kiểu dán dạng U dải rời rạc

- Hiệu quả gia cường tấm CFRP chênh lệch không đáng kể so với tấm GFRP với sự gia tăng khả năng kháng cắt, biến dạng và khả năng hấp thụ năng lượng dầm không đáng kể mặc dù độ cứng của tấm CFRP lớn hơn 2.8 lần tấm GFRP Tuy vậy, sự tham gia kháng cắt của thành phần tấm CFRP trong dầm lớn hơn nhiều so với tấm GFRP (trung bình 68% đối với dầm cáp cong và 46% đối với dầm cáp thẳng) Bên cạnh đó, biến dạng trung bình dọc theo vết nứt xiên chủ đạo của tấm gia cường CFRP nhỏ hơn đáng kể so với của tấm GFRP

- Việc tăng hàm lượng tấm gia cường CFRP bằng cách tăng gấp đôi số lớp gia cường không cải thiện được đáng kể hiệu quả gia cường kháng cắt của tấm (trung bình 5%) do tấm bị bong tách sớm; tuy nhiên, nó giúp gia tăng đáng kể về mặt độ cứng (trung bình 13%) và khả năng hấp thụ năng lượng của dầm gia cường (trung bình 20%)

- Loại tấm gia cường (CFRP và GFRP), kiểu gia cường (liên tuc, rời rạc) và hàm lượng tấm gia cường ảnh hưởng đáng kể đến biến dạng trung bình của tấm CFRP/GFRP dọc theo vết nứt xiên chủ đạo và biến dạng lớn nhất của cốt đai dầm nhưng không đáng kể đến biến dạng sau cùng của cáp và cốt thép dọc 4/ Về ảnh hưởng của hệ neo

- Hệ neo dạng dải dọc kết hợp với mũi dù (AN2) là hệ neo cải tiến mới của Luận án Hệ neo AN2 khi dùng cho cấu hình gia cường kháng cắt dạng dải U rời rạc cho thấy tính hiệu quả nổi trội trong việc gia tăng khả năng kháng cắt (đến 118%), khả năng biến dạng (trung bình 28%) và khả năng hấp thụ năng lượng của dầm

(đến 57%) nhờ vào khả năng làm chậm và ngăn cản quá trình bong tách sớm của tấm gia cường Mức hiệu quả này gần như tương đồng với kiểu gia cường U liên tục trong khi diện tích gia cường của cấu hình liên tục lớn hơn đến 84% so với của cấu hình dạng dải U rời rạc So với hệ neo dải dọc AN1, hiệu quả của hệ neo AN2 trong việc cải thiện khả năng kháng cắt của tấm gia cường lớn hơn rõ (trung bình 40% cho dầm cáp thẳng và 61% cho dầm cáp cong)

KIỂM CHỨNG CÁC CÔNG THỨC DỰ ĐOÁN KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT HIỆN CÓ CHO DẦM BÊ TÔNG ỨNG SUẤT CĂNG SAU DÙNG CÁP KHÔNG BÁM DINH GIA CƯỜNG TẤM CFRP/GFRP

KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT CỦA TẤM GIA CƯỜNG FRP CHO TRƯỜNG HỢP DẦM BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC

Công thức dự đoán sự đóng góp của tấm FRP và khả năng kháng cắt của dầm trong các chỉ dẫn thiết kế hiện hành như ACI 440-2R [30], TR 55 [32], CNR-DT 200 R1 [33], JSCE [40], Fib 14 [41], Fib 90 [42], ISIS [43] và HB 305 [44] được xây dựng tương tự như cốt đai (giả định góc vết nứt xiên chính 45 o ) với điểm khác biệt chính là sử dụng biến dạng hay ứng suất hữu hiệu của tấm gia cường thay cho biến dạng chảy của cốt đai Biến dạng hữu hiệu của tấm FRP nhỏ hơn đáng kể so với biến dạng cực hạn của tấm FRP, nguyên nhân chủ yếu là do hiện tượng bong tách sớm của tấm gia cường FRP [4], [30], [33] và [111] Các chỉ dẫn đề xuất công thức dự đoán biến dạng hữu hiệu này dựa trên các nghiên cứu trên dầm BTCT có kể đến ảnh hưởng của một vài tham số như đặc trưng cơ học của tấm, mô hình bám dính, cấu hình gia cường, góc nứt xiên và cường độ bê tông Ngoài ra, trong nghiên cứu của [62] và [96] chỉ ra rằng việc tính biến dạng hữu hiệu hoặc ứng suất hữu hiệu của tấm FRP theo các tiêu chuẩn thiết kế, còn một vài yếu tố quan trọng khác vẫn chưa được lượng hóa và kể đến như ảnh hưởng của cốt đai, tỷ số nhịp cắt và chiều cao làm việc (a/de) và hệ neo Điều này có thể dẫn đến sự thiếu chính xác khi sử dụng các công thức này để dự đoán khả năng kháng cắt tấm FRP gia cường trong BPC và UPC Mục tiêu của phần này là đánh giá tính chính xác

100 của một số công thức dự đoán khả năng kháng cắt của tấm CFRP/GFRP gia cường trong các tiêu chuẩn, chỉ dẫn hiện hành [30], [32], [33], [40]-[44] cho trường hợp dầm BTUST Các công thức dự đoán khả năng kháng cắt của tấm FRP trong các chỉ dẫn thiết kế hiện hành được trình bày trong Phụ lục B (Bảng B.1) Đánh giá mức độ chính xác của công thức dự đoán khả năng kháng cắt của tấm CFRP/GFRP trong các tiêu chuẩn, chỉ dẫn hiện hành trên dầm BTUST được thực hiện trên số lượng 35 mẫu dầm từ các nghiên cứu đã có [19], [20], [21] với các thông số kỹ thuật đa dạng Trong tổng số dầm dùng để kiểm chứng đánh giá có 09 dầm BPC và 26 dầm UPC Thông số kỹ thuật các dầm bao gồm hình dạng tiết diện dầm (dầm chữ nhật,

I và chữ T), cường độ bê tông (f’c) từ 30.6 đến 71.2 MPa, ứng suất căng trước hữu hiệu (fpc) từ 3.32 đến 9.56 MPa, hàm lượng cốt đai (ρsw) từ 0.0 đến 0.56%, và tỷ số nhịp cắt trên chiều cao làm việc tiết diện dầm (a/de) từ 1.5 đến 3.1, loại tấm CFRP và GFRP, kiểu gia cường (dạng dải U, dạng liên tục U, và bọc toàn bộ), hàm lượng gia cường tấm FRP (ρf ) từ 0.06 đến 2.17%, chiều cao làm việc của dầm (từ 300 đến 1148 mm), quỹ đạo cáp (cáp cong và cáp thẳng) Trong số các dầm kiểm chứng gia cường tấm CFRP/GFRP có 7 dầm sử dụng hệ neo cơ học (dán dải dọc CFRP/GFRP, neo tấm thép liên tục và không liên tục, sử dụng kim CFRP/GFRP mũi dù) nhằm trì hoãn sự bong tách sớm của tấm FRP trong quá trình xảy ra phá hoại cắt dầm Tất cả các dầm kiểm chứng đều xảy ra kiểu phá hoại cắt Thông số kỹ thuật của 35 dầm BTUST gia cường tấm FRP được trình bày trong Bảng 3.1

Nghiên cứu này sử dụng hai phương pháp riêng biệt để xác định thực nghiệm sự đóng góp kháng cắt của tấm gia cường FRP Phương pháp đầu tiên xác định sự đóng góp kháng cắt của thành phần tấm FRP (Vfu,exp,1) được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu [7], [19], [56], [85] và được xác định bằng hiệu giá trị khả năng kháng cắt dầm gia cường tấm FRP (Vu,exp,FRP) với dầm đối chứng không gia cường (Vu,exp,0) Phương pháp thứ hai, xác định sự đóng góp cắt của thành phần tấm FRP (Vfu,exp,2) được tính toán từ dữ liệu biến dạng tấm FRP ngang qua vết nứt cắt chủ đạo đo được

Kết quả kiểm chứng theo Phương pháp 1 được thể hiện ở Bảng 3.2 và Hình 3.1 (a) cho thấy sự khác biệt rất lớn giữa kết quả lý thuyết tính toán trong các tiêu chuẩn hiện hành và kết quả thực nghiệm Cụ thể, trường hợp dầm BPC, kết quả dự đoán sự

101 đóng góp cắt của tấm FRP được tính toán dựa trên ứng suất hữu hiệu tấm FRP, bao gồm các chỉ dẫn CNR-DT 200 R1 [33], Fib 90 [42], HB305 [44], JSCE [40] lớn hơn rất nhiều so với thực nghiệm lần lượt là 285%, 275%, 275% và 256% với hệ số biến thiên lần lượt tương ứng là 1.21, 1.69, 0.98 và 0.81 Đối với nhóm tiêu chuẩn chỉ dẫn dự đoán sự đóng góp cắt của tấm FRP dựa trên tính toán biến dạng hữu hiệu của tấm FRP gồm có ACI 440-2R [30], Fib 14 [41], ISIS [43] và TR 55 [32], cho kết quả thấp hơn nhóm tính theo ứng suất hữu hiệu tấm FRP nhưng vẫn cho kết quả dự đoán lớn hơn thực nghiệm lần lượt 246% (COV = 0.37), 150% (COV = 0.79), 133% (COV = 0.80), 131% (COV 0.80) Đối với trường hợp dầm UPC, dự đoán khả năng kháng cắt của tấm FRP theo CNR-DT 200 R1 [33], fib 90 [42], HB305 [44], JSCE [40] lớn hơn rất nhiều so với thực nghiệm lần lượt là 252% (COV = 0.35), 199% (COV = 0.57), 243% (COV = 0.37), 392% (COV = 0.58) Nhóm chỉ dẫn ACI 440-2R [30], fib 14 [41], ISIS [43] và TR 55 [32] cho kết quả thấp hơn nhóm tiêu chuẩn tính theo ứng suất hữu hiệu tấm FRP nhưng vẫn cho kết quả dự đoán lớn hơn thực nghiệm lần lượt 246% (COV = 0.37), 186% (COV

= 0.43), 135% (COV = 0.58), 118% (COV = 0.55) Như vậy, trong số các tiêu chuẩn chỉ dẫn trên, TR55 [32] cho kết quả dự đoán gần với kết quả thực nghiệm nhất cho dầm BPC và UPC gia cường kháng cắt tấm FRP Nguyên nhân dẫn đến kết quả khác biệt lớn giữa thực nghiệm và dự đoán khả năng kháng cắt tấm gia cường FRP trong các tiêu chuẩn có thể là do việc dự đoán biến dạng hay ứng suất hữu hiệu của tấm FRP quá cao so với thực nghiệm biến dạng tấm FRP ngang qua góc vết nứt cắt chủ đạo Ngoài ra, các tiêu chuẩn chỉ giả thuyết giá trị biến dạng hữu hiệu tấm FRP là duy nhất cho tất cả các dải gia cường FRP ngang qua vết nứt cắt chủ đạo Tuy nhiên, kết quả thực nghiệm trong nghiên cứu này cho thấy biến dạng tấm FRP đo được trên các dải FRP có vết nứt xiên chủ đạo đi ngang qua có sự khác biệt rất rõ

Các nghiên cứu trước đây chưa thấy đề cập rõ về giá trị biến dạng trung bình của dải gia cường tấm FRP Để phản ánh hiện tượng thực tế này, biến dạng trung bình đo được của các dải gia cường tấm FRP ngang qua vết nứt xiên chủ đạo thực tế trong nghiên cứu này được so sánh với biến dạng hữu hiệu tấm FRP dự đoán trong các tiêu chuẩn hay chỉ dẫn Bảng 3.3 và Hình 3.2) Kết quả cho thấy biến dạng hữu hiệu của tấm FRP dự đoán trong các tiêu chuẩn, chỉ dẫn vẫn cao hơn rất nhiều so với thực tế lần lượt ACI 440-2R là 56% (COV=0.2), Fib14 là 60% (COV=0.27), ISIS là 50% (COV=0.17), TR55

102 là 56% (COV=0.28), CNR-DT là 36% (COV=0.24), Fib 90 là 63% (COV=0.41), HB305 là 56% (COV=0.28), JSCE là 465% (COV=0.29) Việc ước tính quá lớn biến dạng hữu hiệu của dải FRP trong các tiêu chuẩn, chỉ dẫn là do mô hình tính được rút ra từ dữ liệu thực nghiệm trên dầm BTCT nhiều hơn dầm BTUST; trong khi kết quả nghiên cứu thực nghiệm ở Chương 2 cho thấy hiệu quả gia cường kháng cắt của tấm FRP cho trường hợp dầm BTUST không lớn như kỳ vọng so với trường hợp của dầm BTCT Bên cạnh đó, ảnh hưởng của quỹ đạo cáp cũng như ứng suất căng cáp làm gia tăng góc vết nứt xiên và giảm sự đóng góp kháng cắt của tấm FRP

Kết quả so sánh khả năng kháng cắt của thành phần tấm FRP từ các tiêu chuẩn chỉ dẫn theo Phương pháp 2 với kết quả thực nghiệm Vfu,exp,2 được trình bày trong Bảng 3.4 và Hình 3.1 (b) Trong trường hợp dầm BPC, kết quả dự đoán khả năng cắt của tấm FRP theo HB305, Fib 90, JSCE và CNR-DT 200 R1 lớn hơn nhiều so với thực nghiệm trung bình lần lượt là 31%, 28%, 21% và 18% với hệ số biến thiên lần lượt tương ứng là 0.16, 0.20, 0.03 và 0.08 Trong khi đó, nhóm ACI 440-2R, Fib 14, ISIS và TR 55 cho kết quả dự đoán khả năng kháng cắt tấm FRP thấp hơn nhiều so với thực nghiệm trung bình lần lượt là 29% (COV = 0.17), 35% (COV = 0.03), 47% (COV = 0.17), 47% (COV

= 0.18) Trường hợp dầm UPC, khả năng kháng cắt của tấm FRP tính theo tiêu chuẩn HB305, ACI 440-2R, CNR-DT 200 R1, và JSCE lớn hơn so với thực nghiệm trung bình lần lượt là 5% (COV = 0.24), 6% (COV = 0.23), 9% (COV = 0.24) và 78% (COV 0.53) Nhóm chỉ dẫn Fib 90, Fib 14, ISIS và TR 55 cho kết quả dự đoán khả năng kháng cắt của tấm FRP thấp hơn thực nghiệm trung bình lần lượt 14% (COV = 0.51), 19% (COV = 0.31), 40% (COV = 0.51), 48% (COV = 0.45) Như vậy, tiêu chuẩn chỉ dẫn HB305, ACI 440-2R và CNR-DT 200 R1 dự đoán khả năng kháng cắt của tấm FRP gia cường cho dầm BTUST theo Phương pháp 2, mặc dù vẫn lớn hơn so với kết quả thực nghiệm và sự biến thiên kết quả vẫn còn lớn (COV vượt quá 20%) nhưng có mức độ chính xác tốt nhất trong các tiêu chuẩn đề cập

Hình 3.1 So sánh khả năng đóng góp kháng cắt tấm FRP gia cường dầm BTUST giữa tiêu chuẩn và thực nghiệm

Bám dính Không bám dính

Bám dính Không bám dính Mean=1.35

Hình 3.1 So sánh khả năng đóng góp kháng cắt tấm FRP gia cường dầm BTUST giữa tiêu chuẩn và thực nghiệm (tiếp theo)

Bám dính Không bám dính Mean=1.74

Hình 3.1 So sánh khả năng đóng góp kháng cắt tấm FRP gia cường dầm BTUST giữa tiêu chuẩn và thực nghiệm (tiếp theo)

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật các dầm BTUST gia cường tấm FRP dùng cho kiểm chứng

Tác giả Ký hiệu dầm Tiết diện b w d a/d L f' c f pc ρ s ρ sw ρ p FRP w f s f ρ f Hệ neo mm mm mm MPa Mpa % % % mm mm %

Dầm BTUST sử dụng cáp bám dính gia cường FRP:

T3-12-S90-NA I 152 1077 2.2 5490 69.8 9.56 3.5 0.002 1.47 C 300 450 0.09 T4-12-S90-SDMA I 152 1397 2.9 7320 71.2 13.44 0 0.003 1.47 C 300 450 0.09 neo Kang & Ary

IB-10 I 102 435 2.6 4572 61.0 3.42 2.2 0.197 0.55 C 76.2 254 0.74 IB-5 I 102 435 2.6 4572 61.0 3.42 2.2 0.197 0.55 C 76.2 127 1.47 Nguyen et al

B0-1.9SF R 150 238 3.1 1660 64.1 3.60 1.97 0.563 0.66 C 50 120 0.19 B0-0.6SF R 150 238 3.1 1660 64.1 3.55 1.97 0.563 0.66 C 50 120 0.06 B0-1.0CF R 150 238 3.1 1660 70.7 3.58 1.97 0.563 0.66 C 150 150 0.15 B1-0.9SFb R 150 238 3.1 1660 70.7 3.82 1.97 0.563 0.66 C 100 240 0.09 Dầm BTUST sử dụng cáp không bám dính gia cường FRP

P-A1-2.3-G T 120 406 2.3 3200 30.6 4.41 1.80 0.157 0.64 G 75 150 1.08 P-A1-2.3-C-Cont T 120 406 2.3 3200 30.6 4.41 1.80 0.157 0.64 C 1 1 1.67 P-A1-2.3-G-Cont T 120 406 2.3 3200 30.6 4.41 1.80 0.157 0.64 G 1 1 2.17 P-A2-2.3-C T 120 406 2.3 3200 30.6 4.41 1.80 0.157 0.64 C 75 150 1.67 P-A2-1.9-C T 120 406 1.9 3200 30.6 4.41 1.80 0.157 0.64 C 75 150 1.67 P-A2-1.5-C T 120 406 1.5 3200 30.6 4.41 1.80 0.157 0.64 C 75 150 1.67 P-B1-2.3-C T 120 406 2.3 3200 44.4 4.41 1.80 0.157 0.64 C 75 150 0.83 P-B1-2.3-G T 120 406 2.3 3200 44.4 4.41 1.80 0.157 0.64 G 75 150 1.08 P-B1-2.3-C-Cont T 120 406 2.3 3200 44.4 4.41 1.80 0.157 0.64 C 1 1 1.67 P-B1-2.3-G-Cont T 120 406 2.3 3200 44.4 4.41 1.80 0.157 0.64 G 1 1 2.17 P-B1-2.3-C-AN1 T 120 406 2.3 3200 44.4 4.41 1.80 0.157 0.64 C 75 150 0.83 neo P-B1-2.3-C-AN2 T 120 406 2.3 3200 44.4 4.41 1.80 0.157 0.64 C 75 150 0.83 neo P-B2-2.3-C T 120 406 2.3 3200 44.4 4.41 1.80 0.157 0.64 G 75 150 1.67 PH-B1-2.3-C-Cont T 120 406 2.3 3200 44.4 4.41 1.80 0.157 0.64 G 1 1 2.17 PH-B1-2.3-C-AN1 T 120 406 2.3 3200 44.4 4.41 1.80 0.157 0.64 C 75 150 1.67 neo PH-B1-2.3-G-AN1 T 120 406 2.3 3200 44.4 4.41 1.80 0.157 0.64 G 75 150 1.67 neo PH-B1-2.3-G-AN2 T 120 406 2.3 3200 44.4 4.41 1.80 0.157 0.64 G 75 150 1.67 neo P-C1-2.3-C T 120 406 2.3 3200 58.7 4.41 1.80 0.157 0.64 C 75 150 0.83 P-C1-2.3-G T 120 406 2.3 3200 58.7 4.41 1.80 0.157 0.64 G 75 150 1.08 P-C1-2.3-C-Cont T 120 406 2.3 3200 58.7 4.41 1.80 0.157 0.64 C 1 1 1.67 P-C1-2.3-G-Cont T 120 406 2.3 3200 58.7 4.41 1.80 0.157 0.64 G 1 1 2.17 P-C1-2.3-C-AN1 T 120 406 2.3 3200 58.7 4.41 1.80 0.157 0.64 C 75 150 0.83 neo P-C2-2.3-C T 120 406 2.3 3200 58.7 4.41 1.80 0.157 0.64 C 75 150 1.67 P-C2-1.9-C T 120 406 1.9 3200 58.7 4.41 1.80 0.157 0.64 C 75 150 1.67 P-C2-1.5-C T 120 406 1.5 3200 58.7 4.41 1.80 0.157 0.64 C 75 150 1.67

Bảng 3.2 Khả năng kháng cắt của tấm FRP theo thực nghiệm và các tiêu chuẩn chỉ dẫn hiện hành (Phương pháp 1)

Tác giả Ký hiệu dầm V fu,exp,1 V fu,Fib 14 / V fu,ISIS / V fu,TR55 / V fu,ACI440 / V fu,HB 305 / V fu,JSCE / V fu,CNRDT / V fu,Fib90 / kN V fu,exp,1 V fu,exp,1 V fu,exp,1 V fu,exp,1 V fu,exp,1 V fu,exp,1 V fu,exp,1 V fu,exp,1

Dầm BTUST sử dụng cáp không bám dính gia cường FRP

Hệ số biến thiên COV 0.51 0.63 0.62 0.48 0.61 0.63 0.71 1.13

Bảng 3.3 Biến dạng hữu hiệu của tấm gia cường FRP tính theo các tiêu chuẩn chỉ dẫn hiện hành và thực nghiệm (Phương pháp 1)

Tác giả Ký hiệu dầm  fu,exp,1  fu,Fib 14 /  fu,ISIS /  fu,TR55 /  fu,ACI440  fu,HB 305 /  fu,JSCE /  fu,CNRDT /  fu,Fib90 /

‰  f u,exp,1  fu,exp,1  f u,exp,1  fu,exp,1  fu,exp,1  fu,exp,1  fu,exp,1  fu,exp,1

Dầm BTUST sử dụng cáp không bám dính gia cường tấm FRP:

Bảng 3.4 Khả năng kháng cắt của tấm FRP theo thực nghiệm và các tiêu chuẩn chỉ dẫn hiện hành (Phương pháp 2)

Tác giả Ký hiệu dầm V u,exp V su,exp V fu,exp,2 V pu,exp V cu,exp V cu,exp / V fu,Fib 14 / V fu,ISIS / V fu,TR55 / V fu,ACI440 / V fu,HB 305 / V fu,JSCE / V fu,CNRDT / V fu,Fib90 / kN kN kN kN kN V cu,exp,0 V fu,exp,2 V fu,exp,2 V fu,exp,2 V fu,exp,2 V fu,exp,2 V fu,exp,2 V fu,exp,2 V fu,exp,2

Dầm BTUST sử dụng cáp bám dính:

Dầm BTUST sử dụng cáp không bám dính:

Bảng 3.4 Khả năng kháng cắt của tấm FRP theo thực nghiệm và các tiêu chuẩn chỉ dẫn hiện hành (phương pháp 2) (tiếp theo)

Tác giả Ký hiệu dầm V u,exp V su,exp V fu,exp,2 V pu,exp V cu,exp V cu,exp / V fu,Fib 14 / V fu,ISIS / V fu,TR55 / V fu,ACI440 / V fu,HB 305 / V fu,JSCE / V fu,CNRDT / V fu,Fib90 / kN kN kN kN kN V cu,exp,0 V fu,exp,2 V fu,exp,2 V fu,exp,2 V fu,exp,2 V fu,exp,2 V fu,exp,2 V fu,exp,2 V fu,exp,2

Dầm BTUST sử dụng cáp không bám dính:

3.2 KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC ĐƯỢC GIA CƯỜNG TẤM FRP

Hiện nay, các công thức tính toán khả năng kháng cắt của kết cấu gia cường vật liệu FRP dán ngoài trong các chỉ dẫn hiện nay như ACI 440-2R [30], TR 55 [32], CNR-

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

Chương này trình bày nội dung kiểm chứng và đánh giá mức độ chính xác của các công thức xác định khả năng kháng cắt của tấm CFRP/GFRP và khả năng kháng cắt của dầm BPC và UPC gia cường tấm FRP theo các hướng dẫn và tiêu chuẩn chỉ dẫn thiết kế hiện hành như ACI 440-2R [30], TR 55 [32], CNR-DT 200 R1 [33], JSCE [40], Fib 14 [41], Fib 90 [42], ISIS [43] và HB 305 [44] dựa trên kết quả thực nghiệm từ các nghiên cứu đã có và từ nghiên cứu này Dựa trên kết quả thống kê, phân tích và kiểm chứng đạt được, một số kết luận của chương có thể được tóm lược như sau:

(1) Phương pháp truyền thống xác định sự đóng góp kháng cắt của thành phần tấm FRP (Phương pháp 1) bằng hiệu giá trị khả năng kháng cắt dầm gia cường tấm FRP với dầm đối chứng chưa thật sự phù hợp Nguyên nhân là do sự đóng góp kháng cắt của thành phần tấm FRP có sự tương tác và thay đổi theo sự đóng góp kháng cắt của các thành phần còn lại như bê tông và cốt đai Phương pháp xác định sự đóng góp cắt của thành phần tấm FRP từ dữ liệu biến dạng của tấm FRP cắt ngang qua vết nứt cắt chủ đạo (Phương pháp 2) đo được rất phù hợp và nên được sử dụng

(2) Biến dạng hữu hiệu tấm FRP dự đoán trong các tiêu chuẩn cao hơn rất nhiều so với thực tế Tuy nhiên, các tiêu chuẩn chỉ dẫn HB305, ACI 440-2R, CNR-DT 200 R1 dự đoán sự đóng góp khả năng khăng cắt của dải FRP gia cường cho dầm BTUST theo Phương pháp 2 gần chính xác với kết quả thực nghiệm với tính ổn định tốt

(3) Các tiêu chuẩn hiện chỉ dẫn hiện hành dự đoán khả năng kháng cắt của dầm BTUST gia cường tấm FRP đều thấp hơn rất nhiều so với thực nghiệm Điều này một mặt cho thấy sự an toàn rất cao của các tiêu chuẩn; tuy nhiên, ở mặt khác, việc dự đoán quá thấp khả năng kháng cắt của dầm có thể ảnh hưởng rất lớn đến tính kinh tế của thiết kế Trong số các tiêu chuẩn được đánh giá, tiêu chuẩn JSCE cho kết quả tốt nhất, tuy nhiên, tính ổn định của kết quả tính lại rất thấp

ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC DỰ ĐOÁN KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT

KIỂM CHỨNG MỨC ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CÔNG THỨC ĐỀ XUẤT

Công thức đề xuất được kiểm chứng trên 64 dầm gồm 31 dầm từ nghiên cứu này và 33 dầm từ các nghiên cứu đã có [19], [20], [21], [114], [115], [116] Trong số này, có 35 dầm gia cường tấm CFRP/GFRP (26 dầm sử dụng cáp không bám dính và 9 dầm sử dụng cáp bám dính) và 29 dầm không gia cường Các thông số khảo sát chính gồm cường độ bê tông (từ 28.3 đến 71.2MPa), loại tấm FRP (CFRP và GFRP), kiểu gia cường (dạng dải U, dạng liên tục U, và bọc toàn bộ), hàm lượng gia cường tấm FRP ρf (từ 0.06 đến 2.17%), tỷ số a/de (từ 1.53 đến 7.96), chiều cao làm việc của dầm (từ 300 đến 1600 mm), ứng suất căng trước hữu hiệu sau khi trừ tổn hao (fpc) từ 3.32 đến 13.44 MPa, hàm lượng cốt đai (ρsw) từ 0.0 đến 0.66%, hàm lượng gia cường tấm FRP (ρf ) từ 0.06 đến 2.17%; quỹ đạo cáp (cáp cong và cáp thẳng), hình dạng tiết diện (chữ T, I và chữ nhật)

Kết quả kiểm chứng khả năng kháng cắt của dầm BTUST có gia cường tấm CFRP/GFRP lẫn dầm không gia cường và thực nghiệm dựa trên tỷ số khả năng kháng cắt của dầm tính toán theo công thức đề xuất và thực nghiệm (Vu,prop /Vu,exp) có giá trị trung bình (Mean) =0.98 và hệ số biến thiên (COV) =0.13 (Bảng 4.1) Trong đó, trường hợp dầm UPC và BPC gia cường tấm CFRP/GFRP, công thức đề xuất cho kết quả rất

122 sát thực nghiệm với Mean = 0.96 và COV = 0.10 Đặc biệt, trường hợp dầm UPC gia cường tấm FRP có Mean = 0.94 và COV = 0.07 Kết quả này cho thấy công thức đề xuất dự đoán rất gần kết quả thực nghiệm với độ phân tán kết quả thấp Kết quả so sánh khả năng kháng cắt của các dầm theo công thức đề xuất và thực nghiệm được thể hiện trên Hình 4.2

Khảo sát độ chính xác công thức đề xuất dựa trên tỷ số Vu,theor /Vu,exp theo sáu thông số: cường độ chịu nén bê tông fc’; ứng suất chịu nén hữu hiệu bê tông fpc; chiều cao hữu hiệu dầm de; tỷ số nhịp cắt trên chiều cao hữu hiệu dầm a/de; hàm lượng tấm gia cường FRP ρf và hàm lượng cáp ρp (Hình 4.3) Sự phân tán rất nhỏ của tỷ số Vu,theor /Vu,exp với tất cả các thông số khảo sát cho thấy sự ổn định của công thức đề xuất

Hình 4.2 So sánh khả năng kháng cắt của dầm BTUST tính theo công thức đề xuất và thực nghiệm: (a) dầm không gia cường và gia cường tấm CFRP/GFRP; (b) dầm UPC và BPC gia cường tấm CFRP/GFRP; (c) dầm UPC gia cường tấm CFRP/GFRP

Hình 4.3 Khảo sát sự chính xác công thức đề xuất theo các thông số: (a) fc’; (b) fpc; (c) de; (d) a/de; (e) dp /de; (f) f

Bảng 4.1 Kiểm chứng công thức đề xuất

Ký hiệu dầm b w a d s d p d e a/d e L f c ’  s  sw  p f pc  f V u,exp V u,theor V u,theor /

V u,exp mm mm mm mm mm mm MPa % % % MPa % kN kN

T3-12-S90-NA 152 3660 1130 914 1076 3.40 9748 61.4 3.53 0.08 0.68 9.56 0.29 1205 1082 0.90 T4-12-Control-Deck 152 3660 1511 1397 1462 2.98 9748 71.2 3.13 0.06 0.96 13.44 - 1089 779 0.72 T4-12-S90-SDMA 152 3660 1511 1397 1462 2.98 9748 71.2 3.13 0.06 0.96 13.44 0.29 1148 1006 0.88 Rupf et al.,

Bảng 4.1 Kiểm chứng công thức đề xuất (tiếp theo)

PH-B1-2.3-C-Cont 120 950 455 363 406 2.34 3200 44.4 1.32 0.16 0.38 4.41 1.67 399 397 0.99 PH-B1-2.3-C-AN1 120 950 455 363 406 2.34 3200 44.4 1.32 0.16 0.38 4.41 0.83 379 340 0.90 PH-B1-2.3-G-AN1 120 950 455 363 406 2.34 3200 44.4 1.32 0.16 0.38 4.41 1.08 365 300 0.82 PH-B1-2.3-G-AN2 120 950 455 363 406 2.34 3200 44.4 1.32 0.16 0.38 4.41 1.08 374 300 0.80 Dầm BTUST sử dụng cáp bám dính và không bám dính gia cường tấm FRP

Hệ số biến thiên (COV): 0.10

Dầm BTUST sử dụng cáp bám dính và không bám dính không gia cường

Dầm BTUST sử dụng cáp không bám dính gia cường tấm FRP

SO SÁNH ĐỘ CHÍNH XÁC CÔNG THỨC THIẾT KẾ ĐỀ XUẤT VÀ CÁC TIÊU CHUẨN KHÁC

Dựa trên kết quả của thí nghiệm cắt trên dầm BTUST có gia cường tấm FRP và không gia cường (Bảng 4.1) và sử dụng qui trình xây dựng hệ số an toàn dùng cho thiết kế theo

EN 1990 [80], một mô hình thiết kế kháng cắt có kể đến hệ số an toàn 0.87 được đề xuất Do chất lượng của bê tông của một kết cấu thực tế (đổ toàn khối) có thể kém hơn so với mẫu bê tông đổ trong phòng thí nghiệm, nên khả năng kháng cắt tính theo mô hình thiết kế đề xuất còn được xét thêm hệ số = 1/1.15 (EN 1992-1-1 [81]) Trên cơ sở hệ số an toàn cuối cùng = 0.75 (= 0.87/1.15), khả năng kháng cắt theo thiết kế của dầm BTUST gia cường tấm FRP, Vu,d,prop, có thể được xác định theo công thức sau:

Khả năng kháng cắt của dầm BTUST gia cường tấm FRP tính theo công thức thiết kế (4.25) được so sánh với công thức thiết kế trong tiêu chuẩn ACI 440-2R [30], CNR-DT 200 R1 [33] Giá trị trung bình (Mean) và hệ số biến thiên (COV) của tỷ số giữa khả năng kháng cắt thiết kế và thực nghiệm (Vu,d,prop / Vu,exp) tính theo các công thức từ tiêu chuẩn vừa nêu và từ công thức thiết kế đề xuất được tổng kết trong Bảng 4.2 và Hình 4.4 Nhìn chung, tất cả các công thức thiết kế đều cho kết quả an toàn, cho thấy sự thích hợp của chúng trong việc sử dụng để thiết kế kháng cắt cho dầm Công thức thiết kế từ tiêu chuẩn ACI 440-2R [30] và CNR-DT 200 R1 [33] cho kết quả tương đồng nhau và rất thiên về an toàn với Mean =0.50 và COV =0.32 [công thức của ACI 440- 2R] và Mean =0.52 và COV =0.32 [công thức của CNR-DT 200R1] Công thức thiết kế đề xuất của nghiên cứu này có Mean =0.74 và COV =0.13 với trường hợp kiểm chứng dầm UPC và BPC gia cường tấm FRP; đặc biệt kiểm chứng chỉ riêng cho dầm UPC gia cường tấm FRP có Mean =0.71 và COV =0.07 Điều này cho thấy công thức đề xuất thiết kế cho thấy kết quả gần với thực nghiệm hơn và có độ phân tán nhỏ nhất so với các công thức từ ACI 440-2R [30] và CNR-DT 200 R1 [33] Trong khi công thức thiết kế từ các tiêu chuẩn đều dự đoán khả năng kháng cắt của dầm càng trở nên thiên về an toàn khi khả năng kháng cắt của dầm đạt từ 500kN trở đi, công thức đề xuất cho thấy được tính ổn định với mức độ an toàn gần như không đổi (Hình 4.5)

Hình 4.4 So sánh khả năng kháng cắt của dầm BTUST theo công thức thiết kế và thực nghiệm: (a) công thức đề xuất - dầm UPC và BPC gia cường; (b) công thức đề xuất - dầm UPC gia cường; (c)ACI 440-2R- dầm UPC và BPC gia cường và (d) CNR-DT

200 R1- dầm UPC và BPC gia cường

Hình 4.5 So sánh khả năng kháng cắt giữa thiết kế và kết quả thực nghiệm

ACI 440.2R-2017 CNR-DT 200 R1/2013 Đề xuất thiết kế

Ngoài ra, mức độ ổn định của kết quả tính từ công thức đề xuất và từ tiêu chuẩn [30] và [33] cũng được so sánh dựa trên tỷ số Vu,d,prop /Vu,exp theo năm thông số: cường độ chịu nén bê tông fc’; ứng suất chịu nén hữu hiệu bê tông fpc; tỷ số nhịp cắt trên chiều cao hữu hiệu dầm a/de; hàm lượng cốt đai sw; và hàm lượng tấm gia cường FRP ρf (Hình 4.6) Kết quả khảo sát cho thấy sự ổn định tốt hơn của kết quả tính từ công thức đề xuất so với kết quả tính từ tiêu chuẩn [30] và [33]

Hình 4.6 Khả năng kháng cắt thiết kế và thực nghiệm theo: (a) fc’; (b) fpc; (c) a/de; (d)

ACI 440.2R-2017 CNR-DT 200 R1/2013 Đề xuất thiết kế

Bảng 4.2 Khả năng kháng cắt của dầm theo công thức thiết kế đề xuất và tiêu chuẩn

Tác giả Ký hiệu dầm V u,exp V u,d,prop V u,ACI440 V u,CNRDT V u,d,prop / V u,ACI440 / V u,CNRDT / kN kN kN kN V u,exp V u,exp V u,exp

Dầm bê tông ứng suất trước sử dụng cáp thẳng bám dính gia cường FRP:

Dầm bê tông ứng suất trước sử dụng cáp thẳng không bám dính gia cường FRP

Dầm bê tông ứng suất trước sử dụng cáp cong không bám dính gia cường FRP

Bảng 4.2 Khả năng kháng cắt của dầm theo công thức thiết kế đề xuất và tiêu chuẩn

ACI 440-2R [30] và CNR-DT 200 R1 [33] (tiếp theo)

Tác giả Ký hiệu dầm V u,exp V u,d,prop V u,ACI440 V u,CNRDT V u,d,prop / V u,ACI440 / V u,CNRDT / kN kN kN kN V u,exp V u,exp V u,exp

Dầm bê tông ứng suất trước sử dụng cáp thẳng bám dính không gia cường:

T4-12-Control-Deck 1089 587 377 740 0.54 0.35 0.68 Nguyen et al

Dầm bê tông ứng suất trước sử dụng cáp cong bám dính:

Dầm bê tông ứng suất trước sử dụng cáp thẳng không bám dính không gia cường:

Dầm bê tông ứng suất trước sử dụng cáp cong không bám dính không gia cường

Hệ số biến thiên (COV) 0.13 0.32 0.32

Khả năng tham gia kháng cắt theo tính toán của các thành phần bê tông Vc

[(4.20)], thành phần đứng của cáp Vp =Fpsinθ, tấm FRP VF [(4.21)], và cốt đai Vsw

[(4.23)] trong tổng khả năng kháng cắt Vu,prop của các dầm thí nghiệm được tổng hợp trong Bảng 4.3 và Hình 4.7 Đối với các dầm UPC gia cường tấm CFRP/GFRP, kết quả cho thấy khả năng kháng cắt của bê tông (Vc) chiếm tỉ lệ lớn nhất, trung bình 58%; khả năng kháng cắt của thành phần cốt đai (Vsw) và của tấm FRP (VF) chiếm trung bình lần lượt trung bình 9% và 31%; sự tham gia đóng góp cắt của thành phần đứng của cáp (Vp) chiếm trung bình 2% chủ yếu cho dầm quỹ đạo cáp cong Có thể thấy rằng mức độ đóng góp của tấm FRP và cốt đai, cáp tính theo công thức có sự tương đồng với kết quả thực nghiệm từ nghiên cứu này Đối với các dầm không gia cường, mức đóng góp kháng cắt của bê tông Vc chiếm trung bình 59% cho cả dầm sử dụng cáp bám dính và không bám dính; sự đóng góp kháng cắt của cốt đai trung bình 21%; thành phần đứng của cáp Vp đóng góp trung bình 20% (16% cho trường hợp dầm cáp không bám dính và 32% cho trường hợp dầm cáp bám dính, tương đồng với kết quả thực nghiệm từ nghiên cứu của [116] So sánh sự tham gia kháng cắt của các thành phần bê tông Vc, thành phần đứng của cáp Vp =, tấm FRP VF và cốt đai Vsw giữa công thức đề xuất và các tiêu chuẩn [30] và [33] được thể hiện trong Hình 4.7

Hình 4.7 Mức đóng góp kháng cắt của các thành phần kháng cắt trong công thức đề xuất

Bê tông Cốt đai Cáp FRP

Thực nghiệm Đề xuấtACI 440 2RCNRDT

Bảng 4.3 Mức tham gia kháng cắt của các thành phần trong công thức đề xuất

Tác giả Ký hiệu dầm

Bê tông Cốt đai Tấm FRP Cáp

V u,prop V c V sw V F V p kN kN % kN % kN % kN %

Dầm bê tông ứng suất trước sử dụng cáp bám dính gia cường FRP

Dầm bê tông ứng suất trước sử dụng cáp thẳng không bám dính gia cường FRP

Dầm bê tông ứng suất trước sử dụng cáp cong không bám dính gia cường FRP

Bảng 4.3 Mức tham gia kháng cắt của các thành phần trong công thức đề xuất (tiếp theo)

Tác giả Ký hiệu dầm

Bê tông Cốt đai Tấm FRP Cáp

V u,prop V c V sw V F V p kN kN % kN % kN % kN %

Dầm bê tông ứng suất trước sử dụng cáp thẳng bám dính:

Dầm bê tông ứng suất trước sử dụng cáp cong bám dính:

Dầm bê tông ứng suất trước sử dụng cáp thẳng không bám dính :

Dầm bê tông ứng suất trước sử dụng cáp cong không bám dính