Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Nghiên cứu thực nghiệm gia cường FRP kháng nở hông cho khung bê tông cốt thép bị cháy

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS Cao Văn Vui Chữ ký:………

3 TS Nguyễn Phú Cường - Ủy viên (Phản biện 1) 4 TS Nguyễn Hồng Ân - Ủy viên (Phản biện 2) 5 TS Nguyễn Tấn Cường - Ủy viên

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 06/07/1993 Nơi sinh: Vĩnh Long Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp

Mã số: 60580208

TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thực nghiệm gia cường FRP kháng nở hông cho khung bê tông cốt thép bị cháy

I NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

1 Nghiên cứu thực nghiệm khả năng kháng nở hông cho khung bê tông cốt thép bị cháy gia cường bằng FRP

2 Khảo sát thực nghiệm khung bê tông cốt thép bị cháy

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19/08/2019

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 09/01/2020

IV HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Cao Văn Vui

Tp HCM, ngày 09 tháng 01 năm 2020

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký)

BAN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký)

PGS.TS Cao Văn Vui

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

(Họ tên và chữ ký)

i

LỜI CẢM ƠN

Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp nằm trong hệ thống bài luận cuối khóa nhằm trang bị cho học viên cao học khả năng tự nghiên cứu, biết cách giải quyết những vấn đề cụ thể đặt ra trong thực tế xây dựng… Đó là trách nhiệm và niềm tự hào của mỗi học viên cao học

Để hoàn thành luận văn này, ngoài sự cố gắng và nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiều từ tập thể và các cá nhân Tôi xin ghi nhận và tỏ lòng biết ơn tới tập thể và các cá nhân đã dành cho tôi sự giúp đỡ quý báu đó

Đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Cao Văn Vui Thầy đã đưa ra gợi ý đầu tiên để hình thành nên ý tưởng của đề tài, góp ý cho tôi rất nhiều về cách nhận định đúng đắn trong những vấn đề nghiên cứu, cách tiếp cận nghiên cứu hiệu quả

Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM đã truyền dạy những kiến thức quý giá cho tôi, đó cũng là những kiến thức không thể thiếu trên con đường nghiên cứu khoa học và sự nghiệp của tôi sau này

Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành trong thời gian quy định với sự nỗ lực của bản thân, tuy nhiên không thể không có những thiếu sót Kính mong quý Thầy Cô chỉ dẫn thêm để tôi bổ sung những kiến thức và hoàn thiện bản thân mình hơn

Xin trân trọng cảm ơn

Tp HCM, ngày 09 tháng 01 năm 2020

LÊ NGUYỄN BÁ PHÚC

TÓM TẮT

Luận văn này trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm gia cường FRP kháng nở hông cho khung bê tông cốt thép (BTCT) bị cháy Thí nghiệm được thực hiện cho 3 khung BTCT tỷ lệ thực Trong đó, 01 khung BTCT không bị cháy được dùng làm khung đối chứng và 02 khung BTCT bị cháy trong thời gian lần lượt là 45 phút và 75 phút Hai khung BTCT bị cháy được gia cường kháng nở hông bằng tấm CFRP Các khung thí nghiệm sẽ được gia tải ngang cho tới khi bị phá hoại Kết quả thí nghiệm của khung BTCT bị cháy có gia cường FRP với khung đối chứng Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, khung bê tông cốt thép bị suy giảm khả năng chịu lực đáng kể khi bị cháy Sự phát triển của vết nứt cũng như bong tróc bê tông không những phụ thuộc vào thời gian bị cháy mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ khi cháy Tại các vị trí được gia cường kháng nở hông bằng FRP, sự phá hoại không xảy ra và FRP không bị bong tách hay bị nứt Tuy nhiên, sự phá hoại tập trung ở các vị trí liên kết tại chân cột Với thiết kế gia cường 2 lớp như trong luận văn, khả năng chịu lực được phục hồi ở một mức độ nhất định, nhưng cũng không thể ngăn cản sự phá hoại ở các vị trí đó và sự phục hồi cũng không hoàn toàn về khung ban đầu Độ cứng của khung bị cháy sau khi được gia cường kháng nở hông bằng FRP được phục hồi nhưng không hoàn toàn Do khung được thiết kế theo nguyên lí dầm yếu cột khỏe nên khi gia tải thì khung bị phá hoại chủ yếu ở vị trí khớp dẻo của dầm còn ở khớp dẻo của cột thì bị phá hoại ít hơn

ABSTRACT

This thesis presents the experimental results on fire-exposed reinforced concrete (RC) frames strengthened by FRP confinement The experiment cwas conducted on three full-scale RC frames One of these frames was not exposed to fire to use as control frame while the other two frames were subjected fire with the durations of 45 minutes and 75 minutes The two fire-exposed RC frames were retrofitted by CFRP confinement All these frames were subjected to lateral load until failure The experimental results of the fire-exposed RC frames retrofitted by CFRP confinement were then compared with that of the control frame The experimental results showed that the lateral load-carrying capacity of fire-exposed RC frames reduced substantially The duration of fire and the temperature were the two important parameters which significantly governed the cracks and spalling of concrete At the location of CFRP confinement, the failure did not occur However, the failure occurred mainly at the column bottom ends With the retrofitting design with two layers in this thesis, the lateral load carrying capacity can be recoverable but not fully recoverable to the load-carrying capacity of the control frame Because the frames were designed based on “weak beam-strong column”, the failure of the frames were mainly at the column bottom ends and at the plastic hinges of beam

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của Thầy PGS.TS Cao Văn Vui

Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chưa được công bố ở các nghiên cứu khác

Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình

Tp HCM, ngày 09 tháng 01 năm 2020

LÊ NGUYỄN BÁ PHÚC

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU……….1

1.1 Lý do thực hiện đề tài 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 2

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

1.4 Ý nghĩa nghiên cứu 2

1.5 Cấu trúc luận văn 2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN……….4

2.1 Giới thiệu chung 4

2.2 Tình hình nghiên cứu 5

2.2.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 5

2.2.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước 13

CHƯƠNG 3 CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM 16

3.1 Vật liệu 16

3.1.1 Bê tông 16

3.1.2 Thép 17

3.1.3 Vật liệu Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) 17

3.2 Chế tạo khung bê tông cốt thép 18

3.3 Quá trình thi công khung thí nghiệm 32

3.4 Đốt khung thí nghiệm cháy bê tông cốt thép 43

3.4.1 Quá trình chuẩn bị trước khi đốt thí nghiệm 43

3.4.2 Tiến hành thí nghiệm 45

3.5 Gia cường kháng nở hông FRP cho khung bê tông cốt thép bị cháy 46

3.5.1 Công tác chuẩn bị 46

3.5.2 Tiến hành thi công gia cường FRP cho khung bê tông cốt thép bị cháy 48

3.6 Gia tải lên khung thí nghiệm bê tông cốt thép 52

3.6.1 Công tác chuẩn bị 54

3.6.2 Quá trình gia tải cho khung thí nghiệm 55

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 57

4.1 Kết quả thí nghiệm cháy 57

4.1.1 Kết quả thí nghiệm cháy 45 phút 57

4.1.2 Kết quả thí nghiệm cháy 75 phút 59

4.2 Kết quả thí nghiệm gia tải khung không bị cháy 62

4.3 Kết quả thí nghiệm gia tải khung bị cháy 45 phút có gia cường FRP 66

4.4 Kết quả thí nghiệm gia tải khung bị đốt 75 phút có gia cường FRP 68

4.5 Phân tích kết quả 70

4.5.1 Phân tích kết quả khung không bị cháy F-0 sau khi gia tải 70

4.5.2 Phân tích kết quả khung bị cháy 45 phút có gia cường FRP 71

4.5.3 Phân tích kết quả khung bị cháy 75 phút có gia cường FRP 72

4.5.4 So sánh kết quả 73

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74

5.1 Kết luận 74

5.2 Kiến nghị 75

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 3.1 Hình vật liệu dùng trong công tác xây dựng 16

Hình 3.2 Hình keo Carbotex Impreg 17

Hình 3.3 Hình kích thước mẫu khung thí nghiệm 28

Hình 3.4 Hình mặt cắt khung có bố trí hồ chứa dầu 29

Hình 3.5 Hình mặt cắt khung có bố trí vách ngăn bao che 30

Hình 3.6 Hình mặt bằng hồ đựng dầu 31

Hình 3.7 Hình giải phóng mặt bẳng và định vị 32

Hình 3.8 Hình thi công dầm dọc chống lật 32

Hình 3.9 Hình gia công thép và lắp ván khuôn dầm ngang 33

Hình 3.10 Hình đổ bê tông dầm ngang 34

Hình 3.11 Hình thi công hoàn thành dầm ngang 34

Hình 3.12 Hình lắp dựng cốt thép cột 35

Hình 3.13 Hình lắp dựng ván khuôn cột 35

Hình 3.14 Hình đổ bê tông cột 36

Hình 3.15 Hình tháo ván khuôn và lắp dựng cột tiếp theo 36

Hình 3.16 Hình thi công hoàn thành các cột 37

Hình 3.17 Hình gia công thép và lắp dựng ván khuôn dầm giằng cột 38

Hình 3.18 Hình đổ bê tông dầm giằng cột 39

Hình 3.19 Hình tháo ván khuôn và thi công tiếp các dầm còn lại 40

Hình 3.20 Hình xây thành hồ chứa dầu 41

Hình 3.21 Hình láng đáy hồ chứa bằng bê tông 41

Hình 3.22 Hình quét chống thấm cho hồ chứa dầu 41

Hình 3.23 Hình thi công vách bao che khu thí nghiệm 42

Hình 3.24 Hình đánh dấu số hiệu lên khung thí nghiệm 43

Hình 3.25 Hình vận chuyển và xếp củi vào khu vực thí nghiệm 44

Hình 3.26 Hình mồi lửa cho khu thí nghiệm 45

Hình 3.27 Hình bắn súng đo nhiệt độ khi bắt đầu cháy của khu vực thí nghiệm 46

Hình 3.28 Hình tấm FRP được sử dụng để gia cường 47

Hình 3.29 Hình dụng cụ thi công gia cường FRP 47

Hình 3.30 Hình dùng máy mài bê tông làm phẳng bề mặt bê tông 48

Hình 3.31 Hình các vị trí cần gia cường FRP 50

Hình 3.32 Hình gia cường FRP ở cột 50

Hình 3.33 Hình gia cường FRP ở dầm 51

Hình 3.34 Hình kiểm tra lại các vị trí đã gia cường FRP 51

Hình 3.35 Hình sơ đồ hệ khung thép gia tải 53

Hình 3.36 Hình kích thủy lực và chuyển vị kế sử dụng 55

Hình 3.37 Hình lắp kích thủy lực vào khung gia tải 55

Hình 3.38 Hình lắp dựng hoàn thiện trước khi gia tải 56

Hình 4.1 Đường cong nhiệt độ và thời gian cháy trong 45 phút……… 57

Hình 4.2 Hình khung thí nghiệm sau khi cháy 45 phút……… 59

Hình 4.3 Đường cong nhiệt độ và thời gian cháy trong 75 phút……… 59

Hình 4.4 Hình khung thí nghiệm sau khi cháy 75 phút……… 61

Hình 4.5 Hình khung thí nghiệm sau khi gia tải……… 62

Hình 4.6 Hình vết nứt ở mép dưới dầm……… 63

Hình 4.7 Hình vết nứt ở mép trên dầm……… 64

Hình 4.8 Hình phá hủy ở chân cột ở bên không gia tải trực tiếp……… 64

Hình 4.9 Hình phá hủy chân cột bên gia tải trực tiếp……… 65

Hình 4.15 Hình biểu diễn đường cong lực và chuyển vị có được khi gia tải………… 70

Hình 4.16 Hình biểu diễn đường cong lực và chuyển vị sau khi gia tải……… 71

Hình 4.17 Hình biểu diễn đường cong lực và chuyển vị sau khi gia tải……… 72

Hình 4.18 Hình so sánh kết quả các khung thí nghiệm……… 73

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Bảng cấp phối bê tông chế tạo mẫu cấp độ bền250 16

Bảng 3.2 Bảng kích thước, số lượng tấm FRP cần sử dụng 48

Hỏa hoạn làm suy giảm các đặc trưng cơ học của vật liệu, từ đó làm suy giảm khả năng chịu lực của kết cấu Vì vậy, việc gia cường phục hồi khả năng chịu lực cho kết cấu bị cháy là một vấn đề cần được nghiên cứu Nhiều biện pháp gia cường kết cấu đã được áp dụng trong thực tế như giằng thép, gia tăng tiết diện cột, gia cường bằng FRP, v.v Trong đó, gia cường bằng FRP là một biện pháp thường được lựa chọn vì không làm ảnh hưởng tiết diện của kết cấu và tiết kiệm được chi phí Những ưu điểm có thể kể đến của FRP là có cường độ chịu kéo cao, trọng lượng nhẹ, dễ thi công Nhiều nhà khoa học trên thế giới và trong nước đã nghiên cứu gia cường FRP cho kết cấu bê tông cốt thép không bị cháy và khẳng định hiệu quả của phương pháp gia cường này Tuy nhiên, nghiên cứu về gia cường FRP cho kết cấu bê tông cốt thép bị cháy vẫn còn rất hạn chế Do đó, đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm gia cường FRP kháng nở hông cho khung bê tông cốt thép bị cháy” đã được thực hiện và trình bày trong luận văn này nhằm góp phần giải quyết vấn đề nêu trên

1.2 Mục đích nghiên cứu

- Khảo sát thực nghiệm khung bê tông cốt thép bị cháy

- Đánh giá hiệu quả gia cường kháng nở hông cho kết cấu khung bê tông cốt thép bị cháy bằng FRP

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: kết cấu khung bê tông cốt thép bị cháy

- Phạm vi nghiên cứu: kết cấu khung bê tông cốt thép không có gia cường và có gia cường kháng nở hông bằng FRP

1.4 Ý nghĩa nghiên cứu

- Ý nghĩa thực tiễn:

 Đối với những công trình sau khi bị cháy thì việc nâng cấp, gia cường các kết cấu bằng FRP để kháng nở hông và tăng khả năng chịu lực cho kết cấu là một giải pháp hiệu quả

 Kết quả so sánh hiệu quả gia cường kháng nở hông của FRP trong nghiên cứu góp phần trong việc lựa chọn loại vật liệu phù hợp trong gia cường kháng nở hông cho kết cấu bê tông cốt thép

1.5 Cấu trúc luận văn

Nội dung của luận văn được trình bày thành năm chương

Chương 1 giới thiệu sơ lượt tình hình hỏa hoạn xảy ra trong thời gian qua và ảnh hưởng của hỏa hoạn đối với các kết cấu trong công trình Từ đó nêu lên lý do thực hiện đề tài, mục đích nghiên cứu Sau đó xác định đối tượng, phạm vi nghiên cứu và cuối cùng là nêu lên ý nghĩa của việc nghiên cứu

Chương 2 giới thiệu tổng quan tình hình của hỏa hoạn trong các công trình Trình bày các nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về các vấn đề liên quan đến đề tài nghiên cứu

Chương 3 trình bày vật liệu để xây dựng khung thí nghiệm, cách thức xây dựng các kết cấu trong khung Tiếp đến là phần mô tả quá trình chuẩn bị làm thí nghiệm, các thiết bị phục vụ cho việc thí nghiệm Sau cùng là phần tiến hành làm thí nghiệm theo tiến độ đã hoạch định

Chương 4 trình bày những kết quả thu được từ thí nghiệm Sau khi làm thí nghiệm tiến hành quan sát, thu thập các số liệu trong quá trình thí nghiệm Tiếp đó là phần thảo luận dựa trên các số liệu thu thập được để đưa ra kết quả về việc thí nghiệm

Chương 5 từ những kết quả thí nghiệm, một số kết luận về vấn đề nghiên cứu được rút ra Cũng từ đó, một số kiến nghị được trình bày Cuối cùng là phần tài liệu tham khảo được trích dẫn các tài liệu liên quan phục vụ cho mục đích nghiên cứu của đề tài

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN

2.1 Giới thiệu chung

Hiện nay tình trạng dân cư tập trung sinh sống ở các thành phố lớn của nước ta ngày càng bùng phát Để giải quyết vấn đề đó các tòa nhà cao tầng đã lần lượt được xây dựng và ngày càng phát triển Nhưng các nhà cao tầng lại có nguy cơ cháy, nổ rất cao và tiềm ẩn nhiều rủ ro cho người sử dụng Trong mấy năm gần đây, nước ta liên tiếp xảy ra nhiều vụ hỏa hoạn ở các tòa nhà cao tầng, khu chung cư gây thiệt hại nghiêm trọng về người và tài sản Khi hỏa hoạn xảy ra thì khả năng chịu lực của kết cấu trong công trình sẽ bị suy giảm Trong đó, cột là kết cấu chịu lực chính sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng như bị nứt, bong tách, phá hủy lớp bê tông bảo vệ, v.v Khi cột bị phá hoại thì sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng làm việc của kết cấu Do đó, việc đánh giá mức độ hư hại sau khi bị hỏa hoạn của các kết cấu chịu chính và cách khắc phục là một vấn đề thiết yếu cần phải được quan tâm

Hình 2.1 Hỏa hoạn tòa nhà Grenfell Tower Hình 2.2 Hỏa hoạn tòa nhà 32 tầng

2.2 Tình hình nghiên cứu

2.2.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

Vào năm 2006, Metin Husem [1] đã nghiên cứu sự thay đổi cường độ nén và uốn của bê tông thường và bê tông cường độ cao ở nhiệt độ cao Cường độ nén và uốn của bê tông thường và bê tông cường độ cao được tiếp xúc với nhiệt độ 200, 400, 600, 800 và 10000C và được làm nguội khác nhau trong không khí và nước Cường độ nén và uốn của các mẫu bê tông này được so sánh với nhau và sau đó được so sánh với các mẫu không chịu tác dụng của nhiệt Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng cường độ bê tông giảm khi nhiệt độ tăng và cường độ giảm của bê tông thường nhiều hơn so với bê tông cường độ cao Quy trình làm nguội ảnh hưởng đến cường độ nén và uốn còn lại Ảnh hưởng cường độ càng thể hiện rõ rệt khi nhiệt độ tăng

Vào năm 2006, Venkatesh và các cộng sự [2] đã nghiên cứu kết quả từ đám cháy thí nghiệm trên ba cột bê tông cốt thép (BTCT) tăng cường FRP Một so sánh được thực hiện giữa các cột BTCT được tăng cường FRP và các cột BTCT không tăng cường đã được thử nghiệm trước đây Dữ liệu thu được trong thời gian các thí nghiệm được sử dụng để chỉ ra rằng các cột BTCT được tăng cường FRP có khả năng phòng cháy chữa cháy tốt hơn các cột BTCT không được tăng cường FRP

Năm 2009, Chen và cộng sự [3] đã báo cáo một nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc với lửa đối với cột bê tông cốt thép Chín cột bê tông cốt thép có kích thước 45×30×300 cm với tỉ lệ cốt thép dọc 1,4% và 2,3% tiếp xúc với lửa trong 2 và 4 giờ Một tháng sau khi làm mát, các mẫu thử đã được thử nghiệm nén cho đến khi bị phá hoại Kết quả thử nghiệm cho thấy khả năng chịu tải giảm khi tăng thời gian tiếp xúc với lửa Độ cứng của cột bị giảm thấp hơn so với tải giới hạn Do đó, cần chú ý nhiều đến sự biến dạng và ứng suất của cột bê tông cốt thép sau một vụ hỏa hoạn

Vào năm 2010, Ali và các cộng sự [4] đã nghiên cứu về ứng xử của các cột bê tông cường độ cao trong lửa Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện trên 30 cột bê tông cường độ cao Nghiên cứu tham số đã điều tra các cột bê tông cường độ cao dưới năm mức tải 0,2, 0,3, 0,4, 0,5 và 0,6 Ngoài ra còn thực hiện mô hình phần tử hữu hạn ba chiều của các cột bê tông cốt thép, có tính đến việc tiếp xúc với nhiệt độ cao Các

cột bê tông được mô hình hóa có tính đến việc gia cố chúng, hình thành và lan truyền vết nứt bằng cách sử dụng mô hình vết nứt, cho phép tiến hành phân tích cấu trúc thoáng qua phi tuyến Việc so sánh kết quả phân tích và các thử nghiệm được thực hiện cho thấy một kết quả hợp lý và sự khác biệt trong một số trường hợp do sự phá vỡ bê tông Một đánh giá về ứng suất được tạo ra trong các cột bê tông cường độ cao dưới lửa bằng mô hình phần tử hữu hạn cũng được trình bày Đánh giá cho thấy ứng suất kéo cơ và nhiệt có thể đạt tới 8,69 MPa, đủ cao để gây ra nứt vỡ bê tông.

Vào năm 2011, Lin và các cộng sự [5] đã nghiên cứu cường độ nén và tốc độ xung siêu âm của bê tông được làm mát bằng nước sau khi tiếp xúc với nhiệt độ cao Mẫu vật hình trụ được làm bằng bê tông với tỷ lệ xi măng nước 0,58 và 0,68 và sau 90 ngày mẫu vật được nung trong lò điện với nhiệt độ từ 400 đến 10000

C Các mẫu bê tông tiếp xúc với nhiệt độ cao đã được làm mát trong bể nước trong 72 giờ và được thử nghiệm sau 4, 27, 87 và 177 ngày Tốc độ xung siêu âm và cường độ nén của từng mẫu thử sau khi làm mát được kiểm tra Kết quả thí nghiệm cho thấy việc làm mát bằng nước của mẫu bê tông sau khi tiếp xúc với nhiệt độ cao làm giảm cường độ nén

Cũng vào năm 2011, Yuan [6] đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cao và

phương pháp làm mát đến cường độ nén và độ sâu cacbonat của các mẫu bê tông được xử lý trong các thời gian khác nhau Các mẫu bê tông được nung ở nhiệt độ khác nhau lên tới 7500

C sau đó được làm mát trong không khí và trong nước Sau khi làm mát đến nhiệt độ phòng, các mẫu thử được bảo dưỡng trong môi trường được kiểm soát trong thời gian 90 ngày Cường độ nén và các thử nghiệm cacbon hóa tăng tốc đã được tiến hành để đo lường sự thay đổi cường độ nén và độ sâu cacbonat của mẫu bê tông Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng cường độ nén của bê tông làm mát bằng không khí sau khi tiếp xúc với nhiệt độ 150, 300 và 4500C đạt tương ứng 101,6%, 97,2% và 81,9% giá trị ban đầu Tuy nhiên, sau khi tiếp xúc với nhiệt độ 6000

C và 7500C cường độ nén của bê tông làm mát bằng không khí giảm xuống còn 40,4% và 26,2% giá trị ban đầu Các giá trị cường độ nén của bê tông làm mát bằng nước sau khi tiếp xúc với nhiệt độ 150, 300, 450, 600 và 7500C dần thay đổi đạt 102,7%, 96,7%, 80,2%, 46,9% và 28,7% giá trị ban đầu Khả năng chống cacbon hóa của bê tông không được phục hồi đối với bê tông tiếp xúc với nhiệt độ trên 4500C và khả năng chống cacbon hóa của bê tông làm mát bằng nước thấp hơn bê tông làm mát bằng không khí

Năm 2011, Yaqub và Bailey [7] Một nghiên cứu thực nghiệm đã được tiến hành để kiểm tra xem hình dạng mặt cắt ngang ảnh hưởng như thế nào đến cường độ và độ dẻo của cột BTCT sau gia nhiệt được bọc bằng vật liệu FRP Mười bảy cột đã được mang đi thí nghiệm nén Các yếu tố chính được điều tra là hình dạng cắt ngang của cột, tổn thương nhiệt và loại FRP được sử dụng để gia cường Các cột được đặt thành ba nhóm gồm cột không chịu nhiệt, cột gia nhiệt và cột đã được gia nhiệt và gia cường Kết quả kiểm tra cho thấy khả năng chịu tải của các cột bọc FRP sau khi gia nhiệt bị ảnh hưởng đáng kể bởi yếu tố hình dạng mặt cắt ngang Đối với cột tiết diện hình tròn, cường độ của cột được phục hồi lên đến, hoặc lớn hơn cường độ của cột trước khi chịu nhiệt Tuy nhiên, cường độ của cột vuông bọc GFRP hoặc CFRP sau khi gia nhiệt đã được phục hồi ở một mức độ nào đó nhưng không đạt đến cường độ của cột chưa gia nhiệt Đối với tất cả các cột bị hỏng, việc sử dụng FRP không khôi phục độ cứng của cột bị giảm do hư hỏng bởi nhiệt độ Dựa vào các kết quả thí nghiệm, tác giả đã kết luận:

 Cường độ của các cột hình vuông và hình tròn giảm 44% và 42% tương ứng sau khi nung nóng đến nhiệt độ đồng đều 5000C

 Cường độ của cả hai cột hình vuông và cột tròn được tăng lên đáng kể bằng cách bọc lớp GFRP hoặc CFRP

 Hình dạng mặt cắt ngang có vai trò rất quan trọng trong việc tăng cường độ và độ dẻo của cột bọc GFRP hoặc CFRP sau khi gia nhiệt Trong nghiên cứu này, sau khi nung nóng tiết diện tròn được bọc bằng lớp GFRP hoặc CFRP hiệu quả hơn so với cột hình vuông về tăng cường độ và độ dẻo

 Đối với các cột tròn được gia nhiệt, cường độ được khôi phục hoặc tăng so với cột trước khi gia nhiệt, trong khi các cột vuông thì tăng lên đáng kể nhưng không đạt tới cường độ cột trước khi gia nhiệt, khi được bọc bằng một lớp GFRP hoặc CFRP sau khi gia nhiệt đến 500 0C

 Khi được bọc bằng một lớp GFRP hoặc CFRP, các cột tròn bị gia nhiệt có cường độ tăng từ 10–29% so với cường độ cột tròn không gia nhiệt và từ 65 đến 122% so với cột tròn không gia cố sau khi gia nhiệt Trong khi đó, cường độ cột vuông phục hồi 71–86% so với cột không gia nhiệt và đạt cường độ tăng từ 26–51% so với cột không gia cố sau khi gia nhiệt

 Các cột tròn bọc lớp GFRP hoặc CFRP phản ánh rõ hơn so với cột vuông

 Việc sử dụng một lớp GFRP hoặc CFRP ảnh hưởng không đáng kể đến độ cứng của cột hình vuông và cột hình tròn được gia nhiệt

 GFRP hoặc CFRP rất hiệu quả trong việc cải thiện cường độ nén của cột vuông và cột tròn bị hư hỏng do nhiệt Điều này là do các cột được gia nhiệt trở nên 'mềm' sau khi gia nhiệt và có sự giản nở nhiệt nhiều hơn so với cột không gia nhiệt Tuy nhiên, hiệu ứng hạn chế của GFRP hoặc CFRP đối với cột tròn tốt hơn là đối với với cột vuông

Sau đó năm 2013, Li và các cộng sự [8] đã nghiên cứu ảnh hưởng của lớp phủ bê tông vô cơ (ICC) đến cường độ nén và độ sâu cacbonat của bê tông bị cháy Các mẫu bê tông được làm mát bằng cách phun nước, cách thường được sử dụng để chữa cháy trong các đám cháy thực sự ICC đã được áp dụng để tăng cường cường độ nén và để giảm độ sâu cacbonat của bê tông bị cháy ở các giai đoạn khác nhau Kết quả cho thấy hiệu suất của bê tông với ICC tốt hơn so với bê tông không tráng phủ Sau khi được tiếp xúc ở nhiệt độ 150, 300, 450, 600 và 7500C, so với bê tông không tráng phủ, cường độ nén của bê tông với ICC được tăng cường lần lượt 3,8%, 3,7%, 11,0%, 17,3% và 6,1% Đối với bê tông tiếp xúc với nhiệt độ dưới 7500C, độ sâu cacbonat của bê tông với ICC đã giảm đáng kể so với bê tông không tráng phủ Sự tăng cường rõ ràng nhất của cường độ nén và giảm đáng kể độ sâu cacbonat của bê tông với ICC có thể được tìm thấy sau khi bê tông được tiếp xúc với 6000

C

Vào năm 2014, Szymon Seręga [9] đã nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách cốt thép ngang đến khả năng chống cháy của cột bê tông cường độ cao Kết quả của các thử nghiệm chỉ ra rằng các cột có khoảng cách cốt thép ngang cho thiết kế kết cấu bê tông có thể bị hỏng sớm do hậu quả của việc không co giãn các thanh cốt thép chính giữa các mối nối liền kề Sau đó phân tích số bổ sung của các cột được thử nghiệm, các cột được mô hình hóa trong đối xứng trục với cốt thép nhúng Mô hình vật liệu ứng dụng đã tính đến ảnh hưởng của nhiệt độ thoáng qua đến tính chất cơ học của bê tông và thép Kết quả tính toán chỉ ra rằng trong toàn bộ thời gian gia nhiệt, nhiệt độ cao tạo ra ứng suất kéo trong mặt phẳng tiết diện của các cột

Năm 2015, Abdel-Hafez và cộng sự [10] đã tiến hành một cuộc thử nghiệm

Mục tiêu chính của thí nghiệm là nghiên cứu ứng xử của cột bê tông cốt thép gia cường CFRP tiếp xúc với lửa trong thí nghiệm nén dọc trục Có tổng cộng mười bốn

mẫu được gia cường với số lượng lớp CFRP khác nhau chịu nhiệt độ 9000C trong 30 phút và chịu nén đồng thời Từ nghiên cứu này, tác giả rút ra các kết luận sau:

 Không có bất kỳ ảnh hưởng gì đối với những cột sử dụng CFRP chịu nhiệt độ 1000C trong 1 giờ

 Độ dày của vật liệu bảo vệ ảnh hưởng chính đến việc giảm nhiệt độ tại lớp CFRP

 Xi măng Ferro với lớp phủ xi măng nhôm là phương pháp cách nhiệt hiệu quả nhất Độ dày lớp phủ 3 cm là đủ để duy trì 90,63% tải ban đầu của cột tăng cường CFRP sau khi chịu nhiệt độ 9000C trong 30 phút trong khi xi măng alumin có đá phiến sét duy trì 87,5% cho cùng một điều kiện

 Mặc dù tăng độ dày lớp phủ sẽ tăng cách nhiệt, nhưng nếu độ dày hơn 3 cm thì không thể duy trì mà phải gia cố bằng lưới thép phù hợp

 Vật liệu CFRP có thể được sử dụng cho cột bê tông cốt thép bằng cách sử dụng cách nhiệt thích hợp Cột có thể chịu đựng nhiệt độ cao của lửa trong khi gia tải hơn 70 phút

Cũng vào năm 2015, Sun-Jong Park và các cộng sự [11] đã thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện bảo dưỡng sau cháy lên bê tông bị cháy Sau khi phơi mẫu vật bê tông đến ba nhiệt độ cao khác nhau, từ 300oC đến 700oC, mẫu vật bê tông bị cháy đã được bảo quản trong một nhiệt độ với 12 điều kiện sau chữa cháy khác nhau, được thay đổi bởi điều kiện ẩm tương đối và thời gian bảo dưỡng Mức độ thiệt hại của hỏa hoạn có thể được ước tính thông qua đánh giá cường độ kéo và thông số phi tuyến, có thể phản ánh các khuyết tật trong bê tông Các thành phần này được đo bằng phép thử độ bền kéo tách và phương pháp rung cộng hưởng phi tuyến tương ứng Các kết quả thí nghiệm và phân tích xác nhận rằng sự phục hồi các tính chất vật liệu trong bê tông bị cháy có liên quan chặt chẽ với các điều kiện bảo dưỡng sau cháy và cuối cùng đưa ra điều kiện bảo dưỡng sau cháy thích hợp để khôi phục các vật liệu chống cháy của bê tông bị hư hỏng

Một năm sau, Sun-Jong Park và Hong Jae Yim [12] đã nghiên cứu sự suy giảm các tính chất cơ học của bê tông sau khi tiếp xúc với nhiệt độ cao như cường độ cơ học và mô đun đàn hồi Các tính chất còn lại này phải được đánh giá bằng các phương pháp phá hủy và không phá hủy khác nhau để xác định độ bền của kết cấu bê tông

Nghiên cứu này nhằm mục đích nghiên cứu sự thay đổi mô đun đàn hồi động của bê tông sau khi tiếp xúc với nhiệt độ cao tùy thuộc vào các điều kiện thí nghiệm khác nhau bao gồm tỷ lệ hỗn hợp, nhiệt độ tiếp xúc, thời gian lưu trữ sau cháy và chế độ bảo dưỡng sau cháy Với mục đích này, một phương pháp cộng hưởng tác động cải tiến được đề xuất để đo tần số cộng hưởng giống hệt của mẫu và để đánh giá mô đun đàn hồi biến dạng, và một nghiên cứu thử nghiệm được thực hiện trên tổng số 350 mẫu thử nghiệm Theo đó, các phương trình ước tính đã thu được để đánh giá cường độ kéo và cường độ nén của các mẫu bê tông dựa trên phân tích tương quan với mô đun đàn hồi biến dạng đo được

Cũng vào năm 2016, Aneesha Balaji và các cộng sự [13] đã thực hiện các nghiên cứu về ứng xử của cột ngắn bê tông cốt thép chịu lửa Nghiên cứu khả năng dọc trục của các cột được gia cố tiếp xúc với lửa Phần mềm phần tử hữu hạn ANSYS được sử dụng để thực hiện phân tích nhiệt Một tập hợp các nghiên cứu số đã được thực hiện để định lượng ảnh hưởng của các thông số khác nhau trên các cột ngắn chịu lửa Nghiên cứu được thực hiện trên các cột có mặt cắt khác nhau để nghiên cứu ảnh hưởng của tám thông số Cụ thể là điều kiện biên nhiệt, cường độ bê tông, cường độ thép, loại cốt liệu, phân bố cốt thép trên mặt cột, vỏ bê tông, độ lệch tải và điều kiện hỗ trợ Một đường cong tương tác được đơn giản hóa để xác định trước sự thất bại của các cột dưới lửa chịu tải trọng dọc trục và mô men đơn phương cho các mặt cắt vuông cũng được phát triển

Sau đó, vào năm 2017 Fadzli Mohamed Nazri và các cộng sự [14] đã thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian gia nhiệt đến tổn thất khối lượng và cường độ nén của bê tông Mẫu bê tông thí nghiệm có cường độ 30 Mpa đã được đốt ở nhiệt độ 600oC trong thời gian 30, 60, 90, 120 và 150 phút Sau khi đốt mẫu thử sẽ được để nguội và hạ nhiệt cho bằng nhiệt độ của môi trường rồi kiểm tra lại khối lượng và cường độ của mẫu thử Kết quả thu được cho thấy cường độ nén của bê tông giảm khi gia nhiệt và thời gian lên Ngoài ra, gia nhiệt còn làm mất nước và phân hủy các sản phẩm hydrat hóa trong bê tông Khi thời gian gia nhiệt tăng lên, lượng nước bốc hơi cũng tăng dẫn đến mất khối lượng bê tông Đặc biệt, tỷ lệ phần trăm khối lượng và tổn thất cường độ nén tăng khi thời gian gia nhiệt tăng

Cũng vào năm 2017, Piotr Turkowski và các cộng sự [15] đã làm thử nghiệm khả năng chống cháy của dầm bê tông cốt thép cường lực CFRP dưới nhiều cấp độ tải khác nhau Thử nghiệm trình bày kết quả của mười thử nghiệm chống cháy được thực hiện trên dầm bê tông cốt thép có và không có sợi carbon gia cường (CFRP) Một phần của dầm đã được bảo vệ chống cháy bằng các tấm chống cháy có độ dày lớn Các thử nghiệm được thực hiện dưới nhiều mức tải khác nhau từ 100% đến 163% khả năng chịu tải thiết kế của chúng trong tình huống cháy trước khi tăng cường Kết quả thử nghiệm cho thấy khả năng chống lửa của các dầm được gia cường CFRP tốt hơn các dầm không được gia cường

Năm 2017, Flavio Stochino và các cộng sự [16] để đánh giá độ tin cậy và khả năng chịu lực còn lại của kết cấu sau khi cháy, một số đánh giá đã được áp dụng cho kết cấu bị hư hại do hỏa hoạn Các tác giả trước tiên đã phát triển một khảo sát hình học kỹ lưỡng bằng máy quét laser để phát hiện các biến dạng không hồi phục do hỏa hoạn; sau đó tốc độ sóng siêu âm và chỉ số phục hồi được phát hiện trong một số yếu tố Ngoài ra, một thử nghiệm tải đã được thực hiện trên một trong những phần quan trọng nhất của kết cấu bị hư hỏng Một số lõi hình trụ được trích xuất từ các cột và tấm sàn trong các phần khác nhau của quá trình xây dựng Các thử nghiệm cường độ nén phá hủy đã được thực hiện trên các lõi này, cho thấy bê tông đúc sẵn (dầm và cột), cường độ trung bình là 30,5 N/mm2, trong khi cường độ chịu áp lực của bê tông (bê tông đúc tại chỗ) được đánh giá gần 20,0 N/mm2 Cụ thể, cường độ bê tông sẽ giảm đáng kể nếu nó tiếp xúc với nhiệt độ vượt quá 500 - 600°C

Cũng vào năm 2017, Kay và các cộng sự [17] đã nghiên cứu về dầm và cột thép hình lạnh chịu nhiệt độ cao trong loại thử nghiệm này, mẫu được tải đến một số mức độ biến dạng bằng cách áp dụng tải tĩnh Sau đó, nhiệt độ được tăng dần bằng cách sử dụng các đường cong nhiệt độ thời gian cháy tiêu chuẩn khác nhau được đề xuất bởi các phương pháp thử nghiệm khác nhau, cho đến khi phá hoại Kết quả là, một đường cong biến dạng nhiệt độ được lấy trực tiếp từ thử nghiệm Các đường cong biến dạng sau đó thu được ở các nhiệt độ tăng khác nhau Các tính chất cơ học khác (cường độ chịu nén và mô đun đàn hồi) thu được từ các đường cong ứng suất Mặc dù, kiểm tra trạng thái ổn định là phổ biến hơn vì nó dễ thực hiện hơn, nhưng nhiệt độ sẽ luôn tăng khi cháy thực tế Do đó, thử nghiệm trạng thái thoáng qua là chính xác hơn trong việc

dự đoán phản ứng của mẫu thử với lửa So sánh kết quả từ thử nghiệm trạng thái nhất thời và thử nghiệm trạng thái ổn định từ đó kết luận rằng cường độ của thép thu được bằng thử nghiệm trạng thái ổn định cao hơn thử nghiệm trạng thái nhất thời

Vào năm 2018, Abdulraheem và Kadhum [18]đã nghiên cứu thực nghiệm và số học về khả năng chịu lực sau cháy của cột bê tông cốt thép chịu tải trọng đồng tâm Nghiên cứu này trình bày một công trình thử nghiệm và bằng số về khả năng chịu lực của các cột bê tông cốt thép chịu tải trọng đồng tâm sau khi tiếp xúc với lửa Phần đầu tiên là một công việc thử nghiệm để đảm bảo rằng mô hình được phát triển là đầy đủ trong khi phần thứ hai là mô hình phần tử hữu hạn ba chiều (FE) của các cột với chương trình ABAQUS bằng cách sử dụng phân tích chuyển vị được ghép nối tiếp Sự nứt vỡ do lửa cũng được trình bày dựa trên tính toán áp lực lỗ rỗng trong bê tông Kết quả thử nghiệm chỉ ra rằng các cột bị mất khoảng (39 và 45%) khả năng chịu lực sau khi tiếp xúc với lửa ở 600o

C trong thời gian cháy 1 giờ Tăng độ phủ bê tông hầu như không cải thiện khả năng chịu lực sau cháy của các cột Ngoài ra, việc giảm khả năng chịu lực còn lại tăng đáng kể khi tăng số lượng các cạnh của thời gian tiếp xúc và cháy

Vào năm 2019, Thomas Gernay [19] đã nghiên cứu về khả năng chống cháy của cột bê tông cốt thép Nghiên cứu này định lượng khả năng chống cháy hoàn toàn của cột bê tông cốt thép tiếp xúc với lửa Nó thông qua một số liệu mới để bổ sung cho khả năng chống cháy bắt được tác động cụ thể của pha làm mát và đặc trưng rõ ràng khả năng của kết cấu để không bị phá hoại Phân tích được thực hiện trên bộ dữ liệu khả năng chống cháy tiêu chuẩn kiểm tra trên cột Mô hình phần tử hữu hạn được áp dụng đầu tiên để tái tạo các bài kiểm tra tiêu chuẩn Các tỷ lệ thu được giữa khả năng chống cháy tính toán và thử nghiệm có giá trị trung bình là 0,95 với độ lệch chuẩn là 0,29 Sau đó, mô hình phần tử hữu hạn được sử dụng để phân tích các cột dưới lửa tự nhiên 'tiêu chuẩn hóa' bao gồm một giai đoạn làm mát Một tính toán lặp thủ tục được áp dụng cho mỗi cột để tăng thời gian tiếp xúc với lửa cho đến khi tìm ra ngọn lửa tiêu chuẩn ngắn nhất không thể tồn tại cho đến khi phá hoại, từ đó số liệu kháng phá hoại được xác định Thời gian của đám cháy ngắn nhất này tăng khoảng tuyến tính với khả năng chống cháy của các cột nhưng với hệ số nhỏ hơn một

Cũng vào năm 2019, Ling-Zhi Li và các cộng sự [20] đã nghiên cứu thực nghiệm

về hiệu suất địa chấn của khung bê tông cốt thép sau cháy Để điều tra hiệu suất địa chấn sau hỏa hoạn của khung BTCT với các tỷ lệ công suất uốn từ cột tới dầm khác nhau, bốn mẫu được chế tạo, bao gồm khung cột dầm chịu lực và dầm yếu cột chịu lực Khung được thử nghiệm ở nhiệt độ phòng hoặc sau khi tiếp xúc với lửa Thử nghiệm lửa được tiến hành trong buồng đốt Sau đó là thử nghiệm bán tĩnh dưới tải chu kỳ tần số thấp Các kiểu vết nứt, vòng lặp kích động, khớp dẻo và chế độ phá hoại đã được nghiên cứu trong quá trình tải Ảnh hưởng của hai yếu tố tiếp xúc với lửa và tỷ lệ công suất uốn của cột, đến hiệu suất cơ học, độ dẻo, suy giảm độ cứng và tiêu tán năng lượng đã được so sánh và phân tích Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng khả năng chịu lực tối đa, độ cứng, hệ số linh hoạt và khả năng tiêu tán năng lượng của khung BTCT giảm sau khi tiếp xúc với lửa Mặc dù các chuyển vị năng suất của các khung sau cháy tăng lên, chuyển vị cuối cùng giảm

2.2.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước

Năm 2007, Ngô Quang Tường [21] đã nghiên cứu một giải pháp mới để sửa

chữa, gia cố công trình bê tông cốt thép đó là phương pháp sử dụng vật liệu FRP Nội dung giải pháp bao gồm trình bày sơ lược về vật liệu FRP, nguyên tắc sử dụng và ứng dụng vật liệu FRP trong sửa chữa và gia cố công trình bê tông cốt thép, các phương pháp thi công vật liệu FRP để sửa chữa và gia cố kết cấu bê tông cốt thép, phương pháp tính toán thiết kế dầm và cột gia cố bằng tấm FRP Qua đó tác giả rút ra kết luận: vật liệu FRP có cường độ và độ bền rất cao, khối lượng riêng thấp, thi công dễ dàng nhanh chóng, ít tốn nhân công, không cần máy móc đặc biệt, có thể thi công trong điều kiện mặt bằng chật hẹp, không ảnh hưởng đến xung quanh nên có thể tiến hành thi công khi công trình vẫn tiếp tục hoạt động, khối lượng gia cố thấp, không làm thay đổi kiến trúc và công năng của công trình, đảm bảo tính mỹ thuật cao, không cần bảo trì

Vào năm 2012, Chu Thị Bình [22] đã nghiên cứu thực nghiệm cột ống thép nhồi

bê tông trong điều kiện cháy Mười cấu kiện cột ống thép nhồi bê tông trong đó có hai cấu kiện có sơn phủ chống cháy bằng sơn phồng được thí nghiệm xác định khả năng chịu cháy Nhiệt độ tại một số điểm trong tiết diện được ghi lại dạng biểu đồ thời gian cháy-nhiệt độ Chuyển vị đứng tại đỉnh cột và chuyển vị ngang tại giữa cột

cũng được ghi lại Thí nghiệm này tập trung vào các thông số: loại tiết diện và hệ số

tải trọng sử dụng (tỉ số giữa tải trọng tác dụng lên cột khi cháy Nfi và khả năng chịu

tải trọng của cột ở nhiệt độ thường Nu) Phân tích kỹ ứng suất - biến dạng trong ống thép thấy rằng sau 30 phút chịu cháy, thép bên ngoài đã đạt nhiệt độ tới trên 6000C, cường độ và độ cứng trong thép đã giảm gần hết, hầu như toàn bộ lực truyền sang lõi bê tông bên trong Như vậy, sự mất ổn định cục bộ của lõi thép ngoài hầu như không ảnh hưởng đến khả năng chịu cháy của cột Kết quả thí nghiệm về cột ống thép nhồi bê tông tự đầm chịu cháy đã cung cấp các kiến thức về truyền nhiệt và ứng xử cơ học của loại cột này khi chịu cháy Phần mềm SAFIR đã được sử dụng để mô phỏng số cho kết quả mô phỏng tương đối sát với kết quả thực nghiệm

Năm 2015, Lương Xuân Bính và cộng sự [23] đã nghiên cứu thực nghiệm gia

cường khả năng chịu nén của cột/trụ bê tông cốt thép bằng vật liệu Polyme cốt sợi cường độ cao (FRP) Tác giả tiến hành đúc 6 mẫu bê tông hình trụ Vật liệu FRP dùng để gia cường các mẫu thí nghiệm là hai loại sợi: sợi các-bon Tyfo SCH-41 và sợi thủy tinh Tyfo SHE-51A Các mẫu được gia cường bằng các hình thức bố trí tấm FRP khác nhau: Mẫu số 1 là mẫu đối chứng không được gia cố FRP, mẫu 2 được gia cố bằng FRP sợi cacbon dạng băng đặt cách nhau 50mm, mẫu số 3 quấn dạng xoáy trôn ốc, mẫu số 4 gia cố toàn bộ chiều cao cột, mẫu số 5 gia cường như mẫu số 4 nhưng được quấn bằng 2 lớp FRP sợi cacbon SCH-41, mẫu số 6 cũng được gia cường như mẫu số 4 nhưng sử dụng 1 lớp sợi thủy tinh SHE-51A Sau khi thí nghiệm được thực hiện, tác giả rút ra một số kết luận như sau:

 Các mẫu trụ được gia cường bằng tấm FRP có khả năng chịu nén cao hơn hẳn so với mẫu không gia cường

 Khi hàm lượng tấm FRP tăng lên thì khả năng chịu nén của mẫu được gia cố cũng tăng lên

 Mẫu số 2 có khả năng chịu nén cao hơn mẫu số 3 đó là do ở mẫu số 3, băng FRP được dán theo phương xiên nên hiệu ứng bó hông bị giảm đi so với trường hợp dán theo phương vuông góc với trục thẳng đứng

Mẫu số 4 có khả năng chịu nén cao hơn mẫu số 6 do sợi cacbon có cường độ chịu kéo cực hạn cũng như modun đàn hồi kéo cao hơn nhiều so với sợi thủy tinh

Vào năm 2017, Hoàng Anh Giang [24] nghiên cứu dầm bê tông cốt thép chịu tác

động của lửa – lựa chọn phần tử cho mô hình nhiệt học trong ansys Mẫu được thử nghiệm đốt là một khung bê tông cốt thép toàn khối với cấu kiện dầm có chiều dài phần lộ lửa là 2,9 m và kích thước tiết diện 200 × 350 mm còn cấu kiện cột có tiết diện 200 × 250 mm và chiều dài lộ lửa là 2,9 m Mẫu thử được chế tạo từ bê tông, thử nghiệm đốt được thực hiện trên hệ thống lò đốt theo phương đứng Trong quá trình thử nghiệm, mẫu thử chịu tác động đồng thời của lực và của lửa tiêu chuẩn theo ISO 834:1999 trong khoảng thời gian 120 phút với nhiệt độ 12000C Trên các cấu kiện được đặt sẵn các cụm dây để đo nhiệt độ Kết quả ansys các kết quả nghiên cứu so sánh trình bày trong bài viết cho thấy, có thể áp dụng APDL 18.1 trong bài toán phân tích dầm bê tông cốt thép chịu tác động của lửa theo mô hình 3D có xét đến sự làm việc đồng thời của cả bê tông và cốt thép Khả năng này cho phép áp dụng APDL 18.1 để phân tích các bài toán đòi hỏi phải xem xét sự làm việc chịu lực và chịu lửa trong không gian 3 chiều của các cấu kiện kết cấu Một vấn đề khá quan trọng quyết định đến độ chính xác của các kết quả phân tích về nhiệt độ bằng APDL 18.1 đối với bài toán kết cấu bê tông cốt thép chịu tác động của lửa là lựa chọn đúng phương pháp áp dụng

CHƯƠNG 3 CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM

3.1 Vật liệu

3.1.1 Bê tông

Bê tông sử dụng để chế tạo mẫu thí nghiệm có cấp phối như Bảng 3.1 Trong đó,

xi măng sử dụng là xi măng PCB 50 Hà tiên với hàm lượng xi măng sử dụng là 350 kg/m3 bê tông Nước sử dụng là nước máy với hàm lượng sử dụng là 157 lít/m3 bê tông Cát dùng là loại cát sông có nguồn tại Tân Châu Mdl 1,6 – 1,8 với hàm lượng sử dụng là 752 kg/m3 bê tông Đá sử dụng là đá 10×20 mm Tân Cang có nguồn tại Đồng Nai với hàm lượng sử dụng là 1170 kg/m3 bê tông Phụ gia sử dụng là phụ siêu dẻo với

hàm lượng sử dụng là 3 lít Các loại vật liệu sử dụng được thể hiện trong Hình 3.1

Trong quá trình đổ bê tông, các mẫu bê tông hình trụ đường kính 150 mm cao 300 mm được lấy để đánh giá cường độ của bê tông Cường độ chịu nén của mẫu bê tông hình trụ đường kính 150 mm cao 300mm là 24,8 Mpa

Bảng 3.1 Bảng cấp phối bê tông chế tạo mẫu cấp độ bền 250

Xi măng Nước Cát sông Đá 10x20

3.1.2 Thép

Cốt thép dọc sử dụng là thép Miền Nam CB400 – V có giới hạn dứt 570 N/mm2, độ giãn dài tương đối 14%, đường kính thép dọc là 14 mm Cốt thép ngang sử dụng cũng là thép Miền Nam có đường kính thép là 6 mm Các loại thép đều được lấy mẫu để kiểm tra cường độ thực tế Cường độ chảy dẻo của thép là 335,7 MPa

3.1.3 Vật liệu Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP)

Vật liệu CFRP là một dạng vật liệu Composite được chế tạo từ các vật liệu sợi CFRP là loại vật liệu có trọng lượng nhẹ, cường độ chịu kéo cao và không bị ăn mòn Tấm sợi Carbon thường được áp dụng trong việc phục hồi khả năng chịu lực của các cấu kiện kết cấu bê tông cốt thép

Tấm sợi Carbon sử dụng là loại tấm sợi Carbotex UD230 có các đặc điểm như trọng lượng 230 g/m2, độ dày 0,51 mm, cường độ kéo 4900 N/mm2, độ giãn dài tới đứt > 2,1%, mô đun đàn hồi 240 GPa, chiều rộng 500 mm, chiều dài cuộn 100 m Keo kết dính sử dụng là loại keo chuyên dụng Carbotex Impreg gồm 2 loại Carbotex Impreg A và Carbotex Impreg B Khi sử dụng phải trộn 2 loại Carbotex Impreg chung với nhau hàm lượng khi pha trộn là 2.35 kg Carbotex Impreg A và 0.65 kg Carbotex Impreg B Sau khi pha trộn sẽ được 1 hỗn hợp kết dính có thể sử dụng được trong thời gian 30 phút

Hình 3.2 Hình keo Carbotex Impreg

3.2 Chế tạo khung bê tông cốt thép

Mẫu được thử nghiệm đốt là khung bê tông cốt thép toàn khối gồm các cấu kiện

như Hình 3.3 Cấu kiện dầm dọc được thiết kế kích thước tiết diện 300×300 dài 5300

mm có thép dọc chịu lực là 6 cây thép đường kính tiết diện 14 mm bố trí đối xứng 2 bên Dầm dọc được thiết kế có tác dụng liên kết đỡ dầm ngang giúp giữ ổn định và chống lật cho hệ khung Dầm ngang được thiết kế tiết diện 300×400 dài 4000 mm với thép dọc chịu lực là 6 cây thép có đường kích tiết diện 14 mm bố trí đối xứng 2 bên Dầm ngang có tác dụng liên kết với chân cột để tạo thành hệ khung Cột trong khung được thiết kế tiết diện 200×250 dài 2940 mm với thép dọc chịu lực là 6 cây thép có đường kích tiết diện 14 mm bố trí đối xứng 2 bên Cột là cấu kiện chịu lực chính trong khung được liên kết với dầm ngang ở dưới và dầm giằng ở trên để tạo thành hệ khung Cuối cùng là dầm ở trên đầu cột được thiết kế tiết diện 200×220 dài 3500 mm với thép dọc chịu lực là 4 cây thép có đường kính tiết diện 14 mm bố trí đối xứng 2 bên Dầm được thiết kế để liên kết với cột tạo thành hệ khung hoàn chỉnh Ngoài ra, đầu dầm còn được bố trí thêm 2 lưới thép có đường kính tiết diện 6 mm giúp cho đầu dầm không bị phá hủy khi thí nghiệm

28

Hình 3.3 Hình kích thước mẫu khung thí nghiệm.

100

30

Hình 3.5 Hình mặt cắt khung có bố trí vách ngăn bao che

250250

Hình 3.6 Hình mặt bằng hồ đựng dầu

Hình 3.6 mô tả mặt bằng hồ đựng dầu có kích thước 4600×4900 mm Hồ chứa

dầu được thi công bao xung quanh 5 khung thí nghiệm Sau cho khi làm thí nghiệm

đốt lửa trong hồ có thể cháy bao trùm hết cả 5 khung thí nghiệm 3.3 Quá trình thi công khung thí nghiệm

Mô hình thí nghiệm được xây dựng tại tỉnh Vĩnh Long, trong khu vực trống trải cách xa khu dân cư Việc xây dựng được thực hiện tuần tự theo đúng bản vẽ thiết kế

3.3.1 Giải phóng mặt bằng và định vị tim cột

Công tác đầu tiên là giải phóng mặt bằng thi công và định vị tim các cột như

Hình 3.7 Các khu vực thí nghiệm được quy hoạch cách nhau khoảng 5m để đảm bảo

khi thực hiện thí nghiệm cháy sẽ không bị ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm

(a) Hình giải phóng mặt bằng (b) Hình định vị tim cột

Hình 3.7 Hình giải phóng mặt bẳng và định vị

(a) Hình đổ bê tông dầm chống lật (b) Hình hoàn thành dầm chống lật

Hình 3.8 Hình thi công dầm dọc chống lật

3.3.2 Thi công dầm dọc chống lật

Dầm dọc chống lật được thi công đầu tiên gồm 4 cấu kiện có tiết diện 300×300

dài 5700 mm như Hình 3.8 để liên kết với 10 khung bê tông cốt thép thí nghiệm bị

cháy Ngoài ra còn có 2 cấu kiện có tiết diện 300×300 dài 1500 mm để liên kết với khung bê tông cốt thép thí nghiệm không bị cháy

3.3.3 Thi công dầm ngang

Dầm ngang có kích thước tiết diện 300×400 dài 4000 mm gồm 11 cấu kiện Dầm ngang được thi công nằm trên dầm dọc chống lật và bố trí theo phương ngang của dầm dọc

Hình 3.9 Hình gia công thép và lắp ván khuôn dầm ngang

Khi thi công dầm ngang được bố trí thêm một số ống nhựa rỗng có đường kính

tiết diện 32 mm theo phương ngang của dầm ngang như Hình 3.9 Các ống nhựa này

được đặt cách đáy dầm 30mm có tác dụng tạo khoảng trống giữa dầm cho dầu có thể thông qua khi thực hiện thí nghiệm cháy

(a) Hình gia công thép và ván khuôn (b) Hình bố trí thêm ống thông dầu

(a) Hình đổ bê tông dầm ngang (b) Hình dùi bê tông

Hình 3.10 Hình đổ bê tông dầm ngang

Hình 3.10 mô tả quá trình thi công đổ bê tông dầm ngang Công tác đổ bê tông

dầm ngang được thực hiện theo phương án cuốn chiếu dầm nào ở xa sẽ được đổ bê tông trước Bê tông được trộn theo đúng cấp phối đã thiết kế và khi đổ có sử dụng đầm dùi để đảm bảo bê tông không bị xuất lỗ rỗng Sau khi dầm ngang được đổ bê tông xong qua 24 giờ thì sẽ tiến hành tháo dỡ ván khuôn và bảo dưỡng để bê tông tiếp tục

phát triển cường độ như Hình 3.11

(a) Hình tháo ván khuôn và bảo dưỡng dầm ngang (b) Hình hoàn thành dầm ngang

Hình 3.11 Hình thi công hoàn thành dầm ngang 3.3.4 Thi công cột

Cột có kích thước tiết diện 200×250 dài 2950 mm gồm tất cả 22 cấu kiện được thi công lần lượt theo phương dọc của dầm ngang Cốt thép cột được cấu tạo từ 6 thanh thép dọc chịu lực có đường kính tiết 14 mm và thép đai ngang có đường kính

tiết diện 6 mm chịu lực cắt Cốt thép cột được gia công trước rồi lắp dựng vào thép

chờ của dầm ngang như Hình 3.12 Ván khuôn cột cũng được gia công trước rồi mới

lắp dựng vào cốt thép cột đã thi công xong Sau khi lắp dựng ván khuôn cột vào đúng vị trí cốt thép cột sẽ tiến hành điều chỉnh để cho cột thẳng đứng không bị nghiêng ngã khi đổ bê tông cột

sẽ tiến hành dùi bê tông bằng đầm dùi để đảm bảo bê tông đổ được đầy đủ không bị xuất hiện lỗ rỗng Bê tông cột được đổ liên tục như thế cho tới đáy dầm giằng thì ngừng lại Mỗi lần đổ bê tông cột sẽ tiến hành thực hiện 5 cây cột thẳng hàng theo cùng 1 phương để có thể kiểm tra thẳng hàng

(a) Hình đổ bê tông cột đầu tiên (b) Hình đổ bê tông cột tiếp theo

Hình 3.14 Hình đổ bê tông cột

Sau khi đổ bê tông cột khoảng 1 ngày tiến hành tháo ván khuôn và bảo dưỡng cột Khi tháo ván khuôn cột cần chú ý không để cột bị mẻ cạnh hoặc răn nứt, tiến hành bảo dưỡng cột để bê tông cột có thể tiếp tục phát triển cường độ Ván khuôn sau khi

tháo thì tiến hành vệ sinh và gia công lại để thi công cột tiếp theo như Hình 3.15

(a) Hình tháo ván khuôn cột (b) Hình thi công cột tiếp theo

Hình 3.15 Hình tháo ván khuôn và lắp dựng cột tiếp theo