Kết quả là việc gia cường với một lớp sợi thủy tinh hoặc sợi carbon đối với các cột tròn bị hư hỏng do nhiệt có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ chịu nén và độ dẻo của cột.. Cường độ của c
TỔNG QUAN
Ở nước ngoài
Năm 2008, Jau và Huang [4] đã nghiên cứu thực nghiệm về ứng xử của các cột
BTCT sau khi cháy Chương trình thí nghiệm được tiến hành trên 6 mẫu cột BTCT tiết diện 3004502700 mm với tỉ lệ cốt thép là 2% và 3% Trong đó, ba mẫu có chiều dày lớp bê tông bảo vệ là 50 mm và ba mẫu còn lại là 70 mm Các mẫu được đốt trong thời gian là 2 giờ và 4 giờ Sau đó tiến hành thí nghiệm nén các mẫu Từ kết quả thí nghiệm tác giả rút ra các kết luận Đầu tiên, cấu tạo cốt thép có ảnh hưởng lớn đến khả năng chịu tải còn lại của cột Với cùng một thời gian cháy, mẫu có kích thước lõi thép lớn hơn thì cường độ còn lại cao hơn Thứ hai, các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành vết nứt mặt là thời gian cháy, chiều dày lớp bê tông bảo vệ và tỉ lệ cốt thép Thứ ba, nhiệt độ trong cột vẫn tăng dù cột không còn chịu tác dụng của lửa nữa Cuối cùng, việc nghiên cứu cường độ còn lại của cột cho thấy rằng: (a) với thời gian cháy càng lâu thì cường độ còn lại càng ít, (b) với tỉ lệ cốt thép càng nhỏ thì cường độ còn lại càng ít, và (c) lớp bê tông bảo vệ càng dày thì cường độ còn lại càng ít
Sau đó một năm, Chen và cộng sự [5] đã tiến hành một nghiên cứu thực nghiệm về sự ảnh hưởng của thời gian đốt đối với cột BTCT Chín cột BTCT có kích thước 4503003000 mm 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 thí nghiệm nén mẫu Kết quả thí nghiệm cho thấy khả năng chịu tải giảm khi tăng thời gian tiếp xúc với lửa Sự suy giảm khả năng chịu tải này sau khi tăng thời gian tiếp xúc với lửa có thể bị chậm lại do sự phục hồi cường độ của các thanh cốt thép sau khi làm mát
Năm 2010, Rodrigues và cộng sự [6] đã tiến hành một chương trình nghiên cứu ứng xử của các cột bê tông cốt sợi trong lửa Tỷ lệ giữa cốt thép và sợi thép là khác nhau trong các mẫu thử nhưng tổng tỉ lệ cốt thép và sợi thép là như nhau Mục tiêu của thí nghiệm này là nghiên cứu khả năng thay thế các thanh cốt thép dọc trên các cột BTCT bằng các sợi thép Hơn nữa, các sợi polypropylene cũng được sử dụng trên bê tông để tăng cường kháng cháy và tránh bị vỡ bê tông Sợi polypropylene dưới tác dụng của lửa sẽ tạo ra một mạng lưới vi mô để thoát hơi nước Qua đó tác giả đưa ra nhận xét việc sử dụng sợi polypropylene và thép trong bê tông cải thiện ứng xử của các cột trong lửa Vì vậy, việc sử dụng các sợi polypropylene có thể kiểm soát sự sụp đổ của bê tông trong khi các thanh thép cung cấp độ dẻo cao sau khi nứt bê tông Bên cạnh đó, việc thay thế thanh cốt thép bằng sợi thép có thể lên đến một tỉ lệ nhất định mà từ đó khả năng kháng cháy của cột bắt đầu giảm Nói cách khác, cột luôn cần một lượng cốt thép nhất định để chống cháy Do đó, việc thay thế thanh cốt thép bằng sợi thép không phải là một giải pháp tốt
Năm 2011, Yaqub và Bailey [7] đã thực hiện nghiên cứu thực nghiệm để điều tra khả năng gia cường tấm FRP đối với các cột BTCT tròn bị hư hỏng do nhiệt Các cột có cùng đường kính là 200 mm và cao 1000 mm Đối tượng thí nghiệm bao gồm các cột không bị gia nhiệt, gia nhiệt, sau khi gia nhiệt và được gia cường bằng vữa, sau gia nhiệt và được gia cường bằng tấm sợi thủy tinh hoặc tấm sợi carbon, sau khi gia nhiệt bị hư hỏng nghiêm trọng và gia cường bằng cả vữa và tấm sợi thủy tinh hoặc tấm sợi carbon Tất cả các cột đã được thử nghiệm nén để xác định độ bền, độ cứng và độ dẻo Kết quả là việc gia cường với một lớp sợi thủy tinh hoặc sợi carbon đối với các cột tròn bị hư hỏng do nhiệt có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ chịu nén và độ dẻo của cột Điều đó chứng minh được khả năng chịu tải của các cột sau khi gia nhiệt có thể được khôi phục lên đến mức ban đầu hoặc lớn hơn so với các cột không gia nhiệt Chi tiết kết luận của tác giả như sau Cường độ của các cột BTCT tròn đã giảm tới 42% sau khi gia nhiệt đến 500 0 C Ngoài ra, việc giảm độ cứng còn lại của cột bị hư hỏng do nhiệt lớn hơn mức giảm cường độ nén Do đó, cần cân nhắc kỹ hơn về sự biến dạng và phân phối ứng suất của các cấu kiện bê tông sau cháy Bên cạnh đó, cường độ của cột sau khi gia nhiệt được gia cường bằng tấm GFRP Tyfo SHE- 51A tăng 29% so với cường độ ban đầu của các cột không gia nhiệt và cao hơn 122% so với cột được gia nhiệt Hơn nữa, cường độ của các cột hư hại nghiêm trọng do nhiệt được gia cường bằng vữa đã tăng 15% so với cột sau khi gia nhiệt mà không bị hư hỏng Cường độ của các cột bị hư hại nghiêm trọng do nhiệt sau khi được gia cường bằng vữa và tấm sợi GFRP Tyfo SHE-51A tăng 65% so với trước khi gia cường và tăng 10% so với cột không gia nhiệt Cường độ của các cột bị hư hại nghiêm trong do nhiệt sau khi được gia cường bằng vữa và tấm sợi CFRP Tyfo SCH-41 tăng 80% so với trước khi gia cường và tăng 20% so với cột không gia nhiệt Cột sau khi gia nhiệt được gia cường bằng một lớp CFRP Weber.tec force C-240 sẽ khôi phục lại cường độ như các cột không gia nhiệt Bên cạnh đó, tấm sợi CFRP hoặc GFRP rất hiệu quả trong việc cải thiện cường độ nén của các cột tròn bị hư hỏng do nhiệt Điều này là do các cột sau khi được gia nhiệt trở nên 'mềm' và xuất hiện độ giãn nở nhiều hơn so với các cột không gia nhiệt Do đó, hiệu ứng bó hông của tấm sợi GFRP hoặc
CFRP càng hiệu quả hơn trong các cột được gia nhiệt Cột tròn sau khi gia nhiệt được gia cường bằng một lớp GFRP Tyfo SHE-51A, CFRP Tyfo SCH-41 hoặc CFRP Weber.tec C-240 có thể phục hồi lại cường độ như ban đầu, thậm chí cao hơn so với cột không gia nhiệt Ngoài ra, ảnh hưởng của tấm sợi GFRP, CFRP hoặc vữa nhựa epoxy lên độ cứng của cột là không đáng kể Độ dẻo của cột sau khi gia nhiệt cao hơn so với các cột không gia nhiệt và độ dẻo tăng thêm khi được bọc bằng một lớp GFRP hoặc CFRP Dựa trên các kết quả thử nghiệm, FRP là một phương pháp rất hiệu quả để cải thiện các cột tròn được gia nhiệt về cường độ và độ dẻo FRP có thể được sử dụng để gia cường các kết cấu bê tông bị hư hỏng do nhiệt Tuy nhiên, để khôi phục độ cứng ban đầu, các phương pháp khác nên được áp dụng
Cũng trong năm đó, Yaqub và Bailey [8] còn nghiên cứu thực nghiệm kiểm tra yếu tố hình dạng mặt cắt ngang ảnh hưởng như thế nào đến cường độ và độ dẻo của cột BTCT sau gia nhiệt được gia cường bằng vật liệu FRP Mười bảy cột đã được mang đi thí nghiệm nén dọc trục Các yếu tố chính được nghiên cứu là hình dạng mặt cắt ngang của cột, tổn thương nhiệt và loại FRP được sử dụng để gia cường Các cột được chia thành ba nhóm gồm cột không gia nhiệt, cột gia nhiệt và cột được gia cường sau khi gia nhiệt Kết quả thí nghiệm cho thấy khả năng chịu tải của các cột được gia cường FRP sau khi gia nhiệt bị ảnh hưởng đáng kể bởi yếu tố hình dạng mặt cắt ngang Đối với cột tiết diện tròn, cường độ của cột sau khi gia nhiệt được gia cường FRP có thể phục hồi lại hoặc lớn hơn cường độ của cột trước khi gia nhiệt Tuy nhiên, cường độ của cột tiết diện vuông sau khi gia nhiệt được gia cường bằng GFRP hoặc CFRP đã phục hồi ở một mức độ nào đó nhưng không đạt đến cường độ như ban đầu Đối với tất cả các cột bị hư hỏng do nhiệt, việc sử dụng FRP không khôi phục lại độ cứng như ban đầu Chi tiết kết luận của tác giả như sau Cường độ của các cột tiết diện vuông và tròn giảm 44% và 42% tương ứng sau khi gia nhiệt đến nhiệt độ 500
0C Ngoài ra, cường độ và độ dẻo của cả hai cột tiết diện vuông và tròn sau khi gia nhiệt được tăng lên đáng kể bằng cách gia cường một lớp GFRP hoặc CFRP Bên cạnh đó, hình dạng mặt cắt ngang có vai trò rất quan trọng trong việc gia tăng cường độ và độ dẻo của cột gia cường GFRP hoặc CFRP sau khi gia nhiệt Trong nghiên cứu này, cột tiết diện tròn sau khi gia nhiệt được gia cường bằng lớp GFRP hoặc CFRP mang lại hiệu quả cao hơn so với cột tiết diện vuông về gia tăng cường độ và độ dẻo Điều này là do ở các cột tiết diện vuông xảy ra tập trung ứng suất tại các góc, còn ở cột tiết diện tròn thì không xảy ra hiện tượng này Thêm vào đó, sau khi gia nhiệt đến 500 0 C và các cột được gia cường bằng một lớp GFRP hoặc CFRP, đối với các cột tiết diện tròn thì cường độ được khôi phục hoặc cao hơn so với cột không gia nhiệt, trong khi các cột tiết diện vuông thì có sự gia tăng đáng kể nhưng không phục hồi lại như ban đầu Hơn nữa, khi được gia cường bằng một lớp GFRP hoặc CFRP, các cột tiết diện tròn bị gia nhiệt có cường độ tăng từ 10% đến 29% so với cột không gia nhiệt và từ 65% đến 122% so với cột không gia cường sau khi gia nhiệt Trong khi đó, cường độ cột tiết diện vuông phục hồi 71% đến 86% so với cột không gia nhiệt và cao hơn 26% đến 51% so với cột không gia cường sau khi gia nhiệt Ngoài ra, các cột tiết diện tròn được gia cường lớp GFRP hoặc CFRP có biến dạng cực hạn cao hơn so với cột tiết diện vuông Bên cạnh đó, việc gia cường một lớp GFRP hoặc CFRP ảnh hưởng không đáng kể đến độ cứng của cột tiết diện vuông và tròn sau khi gia nhiệt Cuối cùng, GFRP hoặc CFRP rất hiệu quả trong việc cải thiện cường độ nén của cột tiết diện vuông và 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 giãn nở nhiệt nhiều hơn so với cột không gia nhiệt Tuy nhiên, hiệu ứng bó hông của GFRP hoặc CFRP đối với cột tiết diện tròn tốt hơn là đối với với cột tiết diện vuông
Năm 2011, Heo và cộng sự [9] nghiên cứu phương pháp sử dụng đồng thời sợi polypropylene và lưới kim loại để gia cường kháng cháy cho cột Đối tượng thí nghiệm phân làm ba nhóm: mẫu đối chứng, mẫu được trang bị thêm lớp chống cháy và mẫu gia cường thêm sợi polypropylene và lưới kim loại Tất cả các mẫu đều được gia nhiệt và thử tải Kết quả thí nghiệm cho thấy kỹ thuật tốt nhất để bảo vệ cột không bị hư hại nghiêm trọng khi chịu lửa là phương pháp kết hợp sợi polypropylene và lưới kim loại Điều này được lý giải là do sợi polypropylene cung cấp một mạng lưới thoát nước, đồng thời hiệu ứng bó hông của lưới kim loại giúp chống lại ứng suất nhiệt
Năm 2012, Cree và cộng sự [10] đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của lửa đối với cột BTCT tiết diện tròn và vuông được gia cường bằng FRP và được trang bị hệ thống cách nhiệt Cột tròn BTCT có đường kính 400 mm, chiều cao 3810 mm và cột vuông BTCT có kích thước 3053053810 mm Cả hai cột được cho tiếp xúc với ngọn lửa tiêu chuẩn thì cả hai cột đều đạt được độ bền chịu lửa trên 4 giờ Qua đó tác giả đưa ra các kết luận Hệ thống cách nhiệt có hiệu quả trong việc bảo vệ các cột được gia cường FRP trong khi tiếp xúc với lửa nên có thể đạt được độ bền cháy 4 giờ theo lửa tiêu chuẩn Bên cạnh đó, vật liệu cách nhiệt không kiểm soát được nhiệt độ của FRP
Cụ thể với độ dày cách nhiệt trung bình 44 mm, nhiệt độ bề mặt cột BTCT tròn là 60 oC vào khoảng 29 phút, trong khi cột BTCT vuông với chiều dày vật liệu cách nhiệt 40 mm cũng có nhiệt độ bề mặt là 60 0 C trong 33 phút Ngoài ra, sự hiệu quả của vật liệu cách nhiệt được sử dụng trong thí nghiệm đã được kiểm chứng Tuy nhiên, các vết nứt trong vật liệu cách nhiệt nên được nghiên cứu để cải thiện hệ thống hơn nữa
Mặc dù ngọn lửa đã được quan sát phát ra từ các vết nứt hình thành trong lớp cách nhiệt của cả hai cột, nhưng lớp cách nhiệt vẫn còn nguyên vẹn trong hơn 4 giờ tiếp xúc với lửa tiêu chuẩn Cuối cùng, với chiều dày lớp bê tông bảo vệ lần lượt là 50 mm và 63 mm, lớp cách nhiệt giữ nhiệt độ của bê tông và cốt thép của cột BTCT tròn và vuông dưới 200 0 C trong 4 giờ khi đồng thời nén dọc trục
Năm 2014, In-Hwan và cộng sự [11] đã nghiên cứu thực nghiệm đánh giá khả năng kháng cháy của 6 mẫu cột BTCT thông qua tỉ lệ tải trọng nén tác dụng lên cột và tỷ lệ độ mảnh của cột Các mẫu được đốt trong 3 đến 4 giờ với ngọn lửa theo tiêu chuẩn Thông số mẫu trình bày trong Bảng 2.1
Bảng 2.1 Thông số mẫu thí nghiệm
Chiều dày lớp bê tông bảo vệ (mm)
Tỉ lệ tải trọng nén
Từ kết quả thí nghiệm tác giả rút ra được các kết luận Kích thước tối thiểu để cột BTCT có thể chịu được lửa trong 180 phút là 300300 mm với tỉ lệ tải trọng nén là 0.5 Ngoài ra, khả năng kháng cháy phụ thuộc vào hình dạng mặt cắt ngang Với cùng một tỉ lệ tải trọng nén là 0.5 thì cột có tiết diện 250250 mm chịu được lửa trong 169 phút, trong khi đó 2 mẫu cột có tiết diện 300300 và 350350 mm thì chịu được lửa trong 180 phút Bên cạnh đó, khả năng kháng cháy phụ thuộc vào tỉ lệ tải trọng nén Với cùng một kích thước tiết diện là 250250 mm nhưng mẫu S-1 chịu được lửa hơn 180 phút trong khi mẫu S-2 chỉ chịu được lửa trong 169 phút Mẫu S-4, S-5 có cùng tiết diện 300300 mm nhưng mẫu S-4 chịu được lửa trong 180 phút còn S-5 chỉ chịu được lửa trong 173 phút Cuối cùng, các cột có tiết diện 250250 mm có tỉ lệ độ mảnh 20.0 có thể chịu được lửa trong 180 phút khi tỉ lệ tải trọng nén thấp hơn hoặc bằng 0.45 Cột tiết diện 300300 mm có tỉ lệ độ mảnh 16.7 có thể chịu được lửa hơn 180 phút khi tỉ lệ tải trọng nén thấp hơn hoặc bằng 0.5 Do đó, tỉ lệ tải trọng nén thích hợp cho việc kháng cháy của cột BTCT là 0.5 hoặc 0.45 phụ thuộc vào tỉ lệ độ mảnh là cao hoặc thấp hơn 17
Năm 2015, Al-Kamaki và cộng sự [12] đã thực hiện nghiên cứu thử nghiệm về ứng xử của các cột BTCT bị hư hỏng do nhiệt và sau đó được gia cường CFRP Hai mươi cột có đường kính 204 mm và cao 750 mm đã được thử nghiệm Trong đó, 6 cột không gia nhiệt làm cột đối chứng và 14 cột được gia nhiệt Sau khi gia nhiệt, 8 trong 14 cột được gia cường bằng tấm sợi carbon CFRP Phương pháp trắc quang sử dụng kỹ thuật tương quan hình ảnh kỹ thuật số (DICT) được sử dụng để đo biến dạng trên bề mặt của tất cả các cột Các biến số thử nghiệm bao gồm các cột không gia nhiệt và cột bị hư hỏng do nhiệt, thời gian tiếp xúc nhiệt và số lượng lớp CFRP Kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng CFRP có thể làm tăng đáng kể cường độ và độ dẻo của các cột không gia nhiệt và cột bị hư hỏng do nhiệt Kết quả cũng chỉ ra rằng có thể sửa chữa hoặc thậm chí khôi phục lại cường độ bị mất của cột bị hư hỏng do nhiệt, tùy thuộc vào tỉ lệ của vật liệu CFRP Chi tiết kết luận của tác giả như sau Trong cuộc thử nghiệm gia nhiệt, các cột BTCT có thể duy trì 30% tải trọng tối đa của cột đối chứng ngay trước khi được gia cường bởi CFRP Bên cạnh đó, cường độ nén còn lại và mô đun đàn hồi của các cột BTCT đã giảm sau khi chịu nhiệt độ 600 0 C, 800
0C và 1000 0 C trong hai giờ, với mức giảm lớn nhất ứng với nhiệt độ cao nhất Tất cả các cột được gia cường CFRP có cường độ cực hạn và độ dẻo còn lại cao hơn so với các cột chưa được gia cường CFRP Cường độ nén và độ dẻo của các cột tăng tỉ lệ thuận với số lượng các lớp CFRP Ít nhất một lớp CFRP có thể khiến cột bị hư hại do nhiệt đạt tới cường độ của cột đối chứng Ngoài ra, mối quan hệ ứng suất–biến dạng phụ thuộc vào việc cột có được gia nhiệt hay không và có các lớp CFRP hay không
Ở trong nước
Ở trong nước, vấn đề nghiên cứu xem xét ứng xử của cấu kiện BTCT bị cháy hoặc nghiên cứu phương pháp gia cường chưa nhận được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học Tiêu biểu như Ngô [20] trong năm 2007 đã viết bài báo trình bày một giải pháp mới để sửa chữa, gia cường công trình BTCT, đó là phương pháp sử dụng vật liệu FRP Nội dung bài báo 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 BTCT, các phương pháp thi công vật liệu FRP để sửa chữa và gia cường kết cấu BTCT, phương pháp tính toán thiết kế dầm và cột gia cường bằng tấm FRP Qua đó tác giả rút ra kết luận về ưu điểm của phương pháp sửa chữa, gia cường bằng tấm dán FRP là: 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 Bên cạnh đó, việc nghiên cứu của đề tài cung cấp thêm thông tin về vật liệu FRP, các phương pháp thi công và các công thức tính toán thiết kế sửa chữa, gia cường công trình BTCT bằng tấm dán FRP
Năm 2013, Nguyễn và Phạm [21] đã tiến hành một nghiên cứu thực nghiệm về gia cường chống động đất cho cột BTCT bằng tấm sợi liên tục FRP Trong nghiên cứu này, mẫu thí nghiệm là các cột BTCT kích thước 5005001600 mm được gia cường bằng cách dán các tấm sợi lên bề mặt bê tông với các loại sợi khác nhau và chiều dày khác nhau Sau đó, các mẫu này được thí nghiệm dưới tác dụng của tải trọng lặp đổi chiều để xác định độ dẻo của cột Từ kết quả thí nghiệm, tác giả đưa ra các kết luận Nghiên cứu thực nghiệm về gia cường để tăng độ dẻo cho cột BTCT bằng tấm sợi liên tục cường độ cao FRP cho thấy giải pháp gia cường này thực hiện đơn giản và có hiệu quả cao, làm tăng đáng kể độ dẻo của cột và do đó tăng khả năng phân tán năng lượng cho kết cấu Bên cạnh đó, độ dẻo của cột BTCT được gia cường bằng tấm sợi FRP phụ thuộc vào hàm lượng, cường độ và khả năng biến dạng của tấm FRP cũng như lực dính giữa tấm FRP và bề mặt bê tông của cột Độ dẻo của cột liên quan mật thiết đến dạng vết nứt của cột khi phá hoại
Sau đó một năm, ngoài đối tượng cột Nguyễn [22] còn nghiên cứu thực nghiệm về gia cường kháng cắt cho dầm BTCT bằng tấm sợi thủy tinh GFRP Có tổng cộng 4 dầm BTCT kích thước 1502502200 mm được thí nghiệm, trong đó có 3 dầm BTCT được gia cường tấm GFRP Từ kết quả thí nghiệm, tác giả đưa ra các kết luận
Phương pháp gia cường dầm BTCT bằng tấm GFRP làm tăng đáng kể khả năng chịu cắt của dầm BTCT, đồng thời làm tăng độ cứng và độ dẻo của dầm Ngoài ra, khả năng chịu cắt của dầm được gia cường không những phụ thuộc vào hàm lượng và hình thức bố trí tấm GFRP, mà còn phụ thuộc rất nhiều vào sự kết dính giữa tấm GFRP và bề mặt bê tông, hay nói cách khác là phụ thuộc vào hiện tượng bong tấm GFRP trong quá trình chịu tải Bên cạnh đó, hiệu quả gia cường và hình thức phá hoại của dầm bị ảnh hưởng lớn bởi các chi tiết cấu tạo trong quá trình gia cường như đoạn neo tấm GFRP, bán kính mài cong của góc gia cường hay cường độ và độ bám dính của lớp bê tông bảo vệ cốt thép dọc Cuối cùng, do tấm GFRP có mô đun đàn hồi kéo thấp nên bề rộng của vết nứt nghiêng tương đối lớn, ảnh hưởng đến yêu cầu sử dụng và khả năng chịu cắt của bê tông
Năm 2013, Trịnh và cộng sự [23] đã nghiên cứu sử dụng các thanh FRP cốt sợi các-bon (CFRP) gia cường cho dầm BTCT theo phương pháp NSM (near surface mounted), bằng cách đặt các thanh CFRP trong các rãnh được tạo trước trên lớp bê tông bảo vệ trong vùng chịu cắt lớn Đối tượng thí nghiệm là 7 dầm BTCT có kích thước giống nhau 1502002000 mm Dầm được đặt 3 thanh 16 trong vùng chịu kéo, ngoài ra các thanh 6 được sử dụng làm cốt thép dọc cấu tạo và cốt thép đai với khoảng cách là 200 mm Thanh composite được sử dụng có đường kính là 6 mm
Dầm thí nghiệm được chia làm 3 nhóm chính: Nhóm (A): thí nghiệm uốn 4 điểm: dầm đối chứng (P1) không có cốt đai tại vùng chịu cắt, dầm đối chứng có cốt đai tại vùng chịu cắt (P2), dầm gia cường bằng 4 thanh composite và không sử dụng cốt đai (P3), Nhóm (B): thí nghiệm uốn 3 điểm, gồm có dầm đối chứng (P4) có cốt đai ở vùng chịu cắt; dầm không sử dụng cốt đai tại vùng chịu cắt gia cường bằng 3 thanh composite (P5) - sử dụng vật liệu keo epoxy để kết dính, và (P6) - sử dụng vật liệu vữa Betec làm vật liệu kết dính, Nhóm (C): thí nghiệm uốn 3 điểm, dầm không có cốt đai tại vùng chịu cắt được gia cường bằng 1 thanh composite trong vùng chịu cắt (P7), sử dụng vật liệu keo epoxy để kết dính Sau khi có kết quả thí nghiệm, tác giả rút ra được các kết luận Dưới tác dụng của tải trọng khai thác, trên dầm BTCT xuất hiện các vết nứt ở trên vùng chịu uốn và chịu lực cắt lớn Khi tải trọng đủ lớn các vết nứt ngày càng phát triển mở rộng, đặc biệt trên vùng chịu lực cắt lớn có xuất hiện một vết nứt chính nghiêng một góc 45 o so với trục dọc dầm, làm tăng khả năng đứt cốt thép đai và làm dầm bị phá hoại Trong trường hợp này, gia cường bằng các thanh composite cốt sợi các-bon theo phương pháp NSM mang lại hiệu quả cao Thêm vào đó, đối với thí nghiệm uốn 4 điểm, trong khi dầm đối chứng P1 (không có cốt đai) bị phá hủy dễ dàng do lực cắt thì dầm có cốt đai và dầm được gia cường bằng thanh composite không bị phá hoại do lực cắt, chỉ bị phá hủy do mô men uốn giữa dầm tại giá trị mô men tăng hơn 70% so với dầm đối chứng P1 Thí nghiệm uốn 4 điểm tuy chưa đánh giá được khả năng chịu lực cắt của dầm được gia cường bằng vật liệu composite so với dầm đối chứng có cốt đai (P2), tuy nhiên kết quả đã cho thấy hiệu quả của phương pháp gia cường NSM, khi các thanh composite được đặt tại phần lớp bảo vệ của bê tông đã làm việc như cốt đai, tăng cường lực cắt Hơn nữa về sự xuất hiện vết nứt, dầm sử dụng vật liệu composite giảm đáng kể sự xuất hiện vết nứt cũng như bề rộng vết nứt so với dầm đối chứng có và không có cốt đai Đối với thí nghiệm uốn 3 điểm, trong khi dầm được gia cường bằng 3 thanh composite chưa bị phá hoại do lực cắt, thì dầm gia cường chống cắt bằng 1 thanh composite mang lại khả năng chịu lực cắt tăng lên khoảng 1.5 lần so với dầm đối chứng có cốt đai Bên cạnh đó, phá hoại trên dầm gia cường bằng 1 thanh composite là do sự bong bật của lớp vật liệu dính kết, điều này một lần nữa khẳng định tính cường độ cao của vật liệu composite cốt sợi các-bon và hiệu quả của phương pháp phụ thuộc nhiều vào sự làm việc của lớp dính kết và biện pháp cải thiện ma sát giữa thanh composite và bê tông trong phương pháp NSM
Năm 2015, Lương và cộng sự [24] đã nghiên cứu thực nghiệm gia cường khả năng chịu nén của cột BTCT bằng tấm FRP Tác giả tiến hành đúc 6 mẫu bê tông hình trụ có đường kính 200 mm và cao 600 mm 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 gia cường FRP Mẫu 2 được gia cường FRP sợi cacbon dạng băng, với bề rộng băng là 60 mm, các băng đặt cách nhau 50 mm Mẫu số 3 được gia cường FRP sợi cacbon bề rộng 60 mm, băng này được quấn theo dạng xoáy trôn ốc Mẫu số 4 được gia cường toàn bộ bằng FRP sợi cacbon có bề rộng bằng chiều cao cột 600 mm Mẫu số 5 gia cường giống 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 Bên cạnh đó, khi hàm lượng tấm FRP tăng lên thì khả năng chịu nén của mẫu được gia cường 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
Sau đó 2 năm, Nguyễn [25] đã nghiên cứu ảnh hưởng của sự bố trí cốt thép dọc tới khả năng chịu lực của cột BTCT tại nhiệt độ cao Trong bài báo, các yếu tố được tác giả mô phỏng để xem xét là: lớp bê tông bảo vệ, số lượng và vị trí cốt thép dọc Đối với ảnh hưởng của lớp bê tông bảo vệ, tác giả mô phỏng 4 cột BTCT tiết diện 300300 mm bố trí cốt thép dọc 425 với chiều dày lớp bê tông bảo vệ lần lượt là 35, 40, 45 và 50 mm Kết quả lần mô phỏng này là: tại thời điểm ban đầu, khả năng chịu lực của 4 cột là như nhau nhưng khả năng chịu mô men uốn là giảm dần từ các cột có lớp bê tông bảo vệ là 35, 40, 45 và 50 mm, tại thời điểm 30 phút, khả năng chịu lực của 4 cột đều giảm, khả năng chịu lực của các cột có lớp bê tông bảo vệ lớn hơn sẽ nhỏ hơn so với cột có lớp bê tông bảo vệ nhỏ hơn, tại thời điểm 60 phút và 90 phút, cột có lớp bê tông bảo vệ 35 mm là cột có khả năng chịu lực nhỏ nhất, ngược lại cột có lớp bê tông bảo vệ 50 mm là cột có khả năng chịu lực lớn nhất Đối với ảnh hưởng của số lượng cốt thép dọc, tác giả mô phỏng 2 cột BTCT tiết diện 300300 mm có cùng chiều dày lớp bê tông bảo vệ là 35 mm nhưng bố trí cốt thép dọc khác nhau 620 và 425 Kết quả của lần mô phỏng này cho thấy trước thời điểm 90 phút, cột bố trí 425 có khả năng chịu lực lớn hơn cột bố trí 620 nhưng từ 90 phút trở đi khả năng chịu lực của cột có 425 là nhỏ hơn cột có 620 Điều này được tác giả lý giải là do các cốt thép của cột có 425 đều nằm gần 4 góc cột nên có nhiệt độ cao hơn và đạt tới độ giảm cường độ đáng kể từ thời điểm 90 phút Đối với việc xem xét ảnh hưởng của vị trí cốt thép dọc, tác giả mô phỏng 2 cột BTCT tiết diện 400400 mm bố trí cốt thép dọc là 622+416 và 622+222 được gia nhiệt trong 240 phút Kết quả của lần mô phỏng này là tại mọi thời điểm cột bố trí cốt thép dọc 622+416 có khả năng chịu lực cao hơn cột bố trí thép dọc 622+222 Từ kết quả của các lần khảo sát, tác giả rút ra được kết luận muốn tăng khả năng chịu lực của cột BTCT tại nhiệt độ cao, việc tăng chiều dày lớp bê tông bảo vệ là có hiệu quả từ sau 60 phút gia nhiệt Bên cạnh đó, với cùng một hàm lượng cốt thép dọc yêu cầu, nên chọn số lượng thanh nhiều hơn với đường kính nhỏ hơn để tránh việc tập trung quá nhiều diện tích cốt thép dọc vào bốn góc cột là nơi có nhiệt độ cao hơn, đồng thời nên đưa các thanh thép ra xa trục trung hòa để tăng cánh tay đòn nội lực và tăng khả năng chịu lực của cột ở nhiệt độ cao
Cũng trong năm này, Nguyễn [26] đã thực hiện một nghiên cứu thực nghiệm xem xét khả năng kháng cháy của cột trong kết cấu khung BTCT Đối tượng nghiên cứu là 15 mẫu cột tiết diện 3003003300 mm Trong đó, 3 mẫu cột ở nhiệt độ thường và 12 mẫu cột ở nhiệt độ cao Tác giả khảo sát sự làm việc và khả năng kháng cháy của cột BTCT khi bị cản nhiệt dọc trục và chịu lực dọc cùng với mô men uốn theo một phương và mô men uốn theo hai phương Kết quả thí nghiệm cho thấy giả thiết tiết diện phẳng được kiểm nghiệm là tương đối tin cậy trên cột lệch tâm xiên, tiêu chuẩn EC2-1-1 [27] có thể dự báo khả năng chịu lực tới hạn của cột lệch tâm xiên ở nhiệt độ thường Bên cạnh đó, chuyển vị ngang giữa cột khi bị nung nóng tỉ lệ với độ lệch tâm và độ lớn của lực tác dụng trước khi gia nhiệt Ngoài ra, sự phát triển của lực dọc tương đối phát sinh do cản giãn nở nhiệt dọc trục tỷ lệ với độ lệch tâm, độ cứng dọc trục giữa hệ cản và cột, và cường độ bê tông Những phân tích bằng phương pháp số không kể tới hiện tượng nứt vỡ của bê tông có thể dự báo lực dọc tương đối do cản nhiệt dọc trục cao hơn thực tế Hơn nữa, lực dọc tương đối do cản nhiệt dọc trục trong cột lệch tâm xiên lớn hơn trong cột lệch tâm phẳng Thêm vào đó, hiện tượng nứt vỡ của bê tông xuất hiện nhiều hơn trong cột lệch tâm xiên so với trong cột lệch tâm phẳng và khoảng thời gian từ lúc bắt đầu chịu gia nhiệt đến lúc bị phá hoại theo cơ chế mất ổn định hoặc cơ chế kết hợp của các mẫu cột thí nghiệm là tỷ lệ nghịch với độ lệch tâm Ngoài ra, trong bài báo tác giả có đề xuất một phương pháp lý thuyết có thể xác định khả năng chịu lực giảm dần về lực dọc và mô men của cột BTCT phụ thuộc vào sự phát triển của nhiệt độ theo thời gian, đồng thời xác định các tác động tăng dần của lực dọc phát sinh do cản nhiệt dọc trục
Năm 2018, Nguyễn và Lý [28] đã tiến hành thực nghiệm nghiên cứu sự làm việc của dầm bê tông cốt thép (BTCT) chịu xoắn được gia cường bằng vật liệu tấm sợi các bon (CFRP) Sáu mẫu dầm thí nghiệm có cùng kích thước hình học và cấu tạo cốt thép được chế tạo, trong đó 2 mẫu dầm không được gia cường và 4 mẫu được gia cường chống xoắn bằng tấm sợi CFRP Từ kết quả thí nghiệm, tác giả rút ra các kết luận Sự làm việc của kết cấu dầm BTCT chịu xoắn được gia cường bằng FRP tuân thủ theo các giai đoạn làm việc điển hình của kết cấu dầm BTCT thông thường không được gia cường Bên cạnh đó, dạng phá hoại điển hình của kết cấu chịu xoắn được gia cường bằng FRP là bong lớp FRP gia cường khỏi bề mặt bê tông, đồng thời phá hoại bê tông do bị nén vỡ Về tình trạng nứt, các vết nứt xuất hiện đều trên cả khoảng tiết diện khảo sát, bề rộng các vết nứt nhỏ Điều này thể hiện vai trò của lớp FRP trong việc tăng tính dẻo của dầm và góp phần phân tán các vết nứt Thêm vào đó, gia cường kết cấu dầm BTCT bằng CFRP cho phép tăng khả năng chịu xoắn của dầm
Tấm CFRP góp phần hạn chế sự phát triển và mở rộng của các vết nứt do mô men xoắn gây ra Trong nghiên cứu này, khả năng chịu xoắn của kết cấu được gia cường tăng đến 40.5% so với trường hợp không gia cường Độ dẻo của kết cấu chịu xoắn xác định dựa trên cơ sở góc xoắn cực hạn tăng đáng kể trong trường hợp kết cấu được gia cường chịu xoắn.
