Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Ảnh hưởng tương tác của yếu tố cường độ bê tông, loại tấm FRP đến khả năng kháng cắt dầm gia cường tấm FRP

2- NHIỆM VU VA NỘI DUNG LUẬN VĂN :a Khảo sát anh hưởng của cường độ bê tông đến sự làm việc của tam gia cường GFRP và CFRP trong dâm chịu tac dụng của lực cat.b Phân tích anh hưởng tương

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

KHOA KY THUAT XAY DUNG

PHAN TRI NHAN

ANH HUONG TUONG TAC CUA YEU TO

CUONG DO BE TONG, LOAI TAM FRP DEN

KHA NANG KHANG CAT DAM GIA CUONG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

DAI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS NGUYEN MINH LONG

Cán bộ cham nhận xét 1 : TS NGO HỮU CƯỜNG

CHỦ TỊCH HOI DONG TRƯỞNG KHOA

KỸ THUẬT XÂY DỰNG

-

_—-OOO -Tp HCM, ngày tháng nam

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨHọ và tên học viên: Phan Trí Nhân MSHV: 11211016Ngày, tháng, năm sinh : 25/11/1982 Nơi sinh : Vĩnh LongChuyên ngành : Xây dựng Dân Dụng và Công Nghiệp Mã số : 60 58 201- TÊN DE TÀI:

ANH HUONG TƯƠNG TÁC CUA YEU TÔ CƯỜNG ĐỘ BE TONG, LOẠI

TÂM FRP DEN KHẢ NĂNG KHANG CAT CUA DAM GIA CƯỜNG TAM FRP

2- NHIỆM VU VA NỘI DUNG LUẬN VĂN :a) Khảo sát anh hưởng của cường độ bê tông đến sự làm việc của tam gia cường

GFRP và CFRP trong dâm chịu tac dụng của lực cat.b) Phân tích anh hưởng tương tác giữa cường độ bê tông và sự làm việc của tam FRP

đên ứng xử và khả năng kháng căt dâm bê tông côt thép gia cường tâm GFRP vàCFRP.

c) Kiểm chứng lại các công thức tinh khả năng khang cắt của tam GFRP va CFRP.3- NGÀY GIAO NHIỆM VU: 21/01/2013

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :: - SE S ke EEeEerrkrkrekekeeeed5- HO VÀ TEN CÁN BỘ HƯỚNG DAN : TS NGUYEN MINH LONG

Nội dung va đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Tp HCM, ngày thang NAM

CAN BO HUONG DAN CHU NHIEM BO MON DAO TAO

TS.NGUYEN MINH LONG

TRUONG KHOA QUAN LY CHUYEN NGANH

Đề tai nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của yếu tô cường độ bê tông đến hiệu quả kháng

cắt của tam gia cường sợi thủy tinh (GERP) và sợi carbon (CFRP) dang U trên dầm bêtông cốt thép (BTCT) có sẵn vết nứt Chương trình thực nghiệm được thực hiện trên tổngcộng 9 mẫu dam kích thước thực, trong đó gồm sáu mẫu dầm gia cường tâm CFRP và tamGFRP dạng U va ba mẫu dâm không gia cường dùng dé so sánh Các dầm có cường độchịu nén của bê tông thay đôi lần lượt 32, 57 và 75 MPa Ngoài ra, dựa trên kết quả từnghiên cứu này và của các nghiên cứu trước đây, dé tai còn trình bày kết quả kiểm chứngmột số các công thức dự đoán biến dạng hiệu quả của tam gia cường cũng như khả năngkháng cắt của dầm do môt số tác giả đề xuất Kết quả cho thay: (1) giá trị biến dạng củatắm gia cường dang U trên các của các dầm thí nghiệm chịu ảnh hưởng đáng kế bởi cường

độ chịu nén của bê tông, theo đó tăng cường độ bê tông từ 32 MPa lên 75 MPa làm tăng

giá tri biến dạng của tim GERP và CERP tại thời điểm dầm bị phá hoại lần lượt 17 % va

36 % và thay đôi kiểu phá hoại của dầm tir căt-nén vỡ bê tông sang cắt và bóc tách tâm

đồng thời giá trị biến dạng lớn nhất của tam gia cường xấp xỉ từ 3.35 %o đến 4.05 %o (tam

GFRP) và 2.28 %o đến 3.58 %o (tam CFRP); (2) sự gia tăng kha năng kháng cắt của dầmgia cường có xu hướng giảm khi cường độ chịu nén bê tông dầm tăng va tắm CFRP phát

huy vai trò gia cường tốt hon tấm GFRP trong trường hợp dầm có cường độ bê tông cao;

(3) tam gia cường FRP dạng U làm tăng khả năng khả năng kháng cắt dam từ 22 đến 51 %(dam GFRP) và từ 40 đến 58 % (dầm CFRP) so với dầm đối chứng tương ứng, phục hồiđáng kê độ cứng của dầm, từ đó làm giảm chuyền vị dầm từ 26% đến 67% (dầm GERP) và

từ 28 % đến 75 % (dầm CFRP); (4) biến dạng cốt đai trong các dầm có cường độ chịu nén

của bê tông thấp có xu hướng giảm mạnh hơn và tại thời điểm phá hoại, cốt đai trong cácdam thí nghiệm đều bị chảy dẻo; biến dạng cốt đai trong các dầm gia cường nhỏ hơn nhiềuso với các dầm đôi chứng: (5) bốn công thức xác định bién dạng hữu hiệu của tâm của cáctác giả được trích dẫn trong luận văn này cho kết quả dự đoán biến dạng tâm lớn hơn nhiều

so với kết quả thí nghiệm trong trường hợp khi cường độ chịu nén của bê tông lớn hơn 40MPa và vì vậy cần có sự xem xét và hiệu chỉnh lại nhằm giúp cho kết quả dự đoán được an

toàn hơn; (6) cả bốn công thức dự đoán kha năng kháng cắt của dầm gia cường tam FRPđều cho kết quả dự đoán với sự phân tán tương đối lớn theo cường độ chịu nén của bê tông

(> 25%).

-Xin chân thành cảm ơn các anh, chị và các bạn lớp Cao học khoá 20011 đã nhiệttình giúp đỡ.

Cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình và hiệu qua của ông ONG WEE KEONG và Công tyFYEE ASIA PTE LTD.

Xin chân thành cảm on anh Trần Kiệt và Công ty Cổ phan Chăm sóc Công trìnhViệt đã hỗ trợ kỹ thuật thi công tắm CFRP và GFRP

Chân thành cảm ơn.

MỤC LỤC

¡90/9001 iLOT CAM ON cccssssssssssssssssssssssssssssesssssscessssssssssseesossesescssssssscssssssssssesesesssescesaees ii\ 10/98 D0 00111 Ô iii

DANH MỤC KÍ HIEU 2 <- «SE S4 Sex ees2 viDANH MỤC CHU VIET TAT u cccccscscscsscssscscsssscsssssssscessscssscssssssssssssesssssenes viiDANH MỤC BẢNG -<- 5 << << <9 cư Sư g9 g9 0u viiiDANH MỤC HINH VỄ, 2- <2 SE #1 99291 4 1x e525ix1 GIỚI THIEU - SE SE S38 91 v1 E1 1E 1T TH TH HT ng ngu |2 TONG QUAN S1 1211121112111 111101 0101010101010 11101 1111 111111111111 11011 H 32.1 Sơ lược về vật liệu -i- G1 TT HT TT HH TH net 32.2 Tình hình nghiên cứu ảnh hướng yếu tô cường độ bê tông, loại tam FRPđến kha năng kháng cắt của dầm gia cường tam FRP 62.3 Mô hình tính khả năng kháng cắt của tam gia cường FRP 92.3.1 Đề xuất của một số tác GIA eee ecesesessesscecesesescscsesssestevecseseeees 92.3.2 Đề xuất của một số hướng dẫn thiết kế - +2 +s+s£+x+x+s+z xẻ 143 MỤC TIỂU, Ý NGHĨA VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 5: 193.1 Mic ti@u ME UYEN CUU nnớttttdỎ 193.2 Ý nghĩa nguyên €ỨU - - ¿+ + E9 xxx SE 5111 1T TT 1x ru 193.2.1 Y nghĩa thực tiQn ccc ccecesesescscececescscecscscsceseevevsvscscssstscsesssseatees 193.2.2 Y nghĩa khoa hoc 5 - s2 E1 1E SE E1 1E xi 203.3 Nội dung nguyÊn CỨUu - - - 0 0111011011101 1v 2v 1T ng ng Tnhh 204 PHAN TÍCH THUC NGHIỆM - (G6 SE ESESEEEE SE gvcveo 224.1 Vật liệu và tính chất cơ lý c E+xSs E3 1 1E E1 1n nru 22

2 Oe 0 ao ah 22

4.1.2 CỐ tHiẾp - t1 1H11 5 110101111111 HT TT HT cư 234.1.3 Tam co 0 244.2 Mẫu dầm thí nghiệm 2 - + E2 SE SE #E#EEEE SE SE cv kg 254.3 Thiết bị thí nghiệm - - E + SE SE E51 11T TH ru 354.4 Sơ đồ thử tải và lắp đặt thiết bị đo - - - - ScSsx tk cneereeeerkd 364.5 Quy trimh thi nghieM 0000 /13 38

4.6 Kết quả thi nghiệm — Phân tích và nhận xét và 2 5<: 404.6.1 Kiểu phá hoại của các dam - + ket SE1 SE SE vn ro 4]4.6.2 Quan hệ lực - chuyển vị của các đầm - + cc te n can ca sec ssxz 484.6.3 Quan hệ lực — biến dang tắm gia cường - csccsx+esesereree 514.6.4 Phân tích ảnh hưởng của yếu tố cường độ bê tông đến biến dạng tâm,

loại tắm gia CƯỜng + sen kxTvTTTT 5111111111101 111101 ke 544.6.5 Quan hệ giữa lực — bién dang của cốt dai và ảnh hưởng của cường độ

¬ 61

4.6.7 Biến dạng của cốt dọc tại vị trí g1ữa nh†Ịp - 2-2 +<+sssssesrssss 644.6.8 Quan hệ giữa lực — bién dạng bê tông + - + ccsx+e+xserecee 664.6.9 Ảnh hưởng của yêu tô cường độ bê tông đến kha năng khang cắt của

dầm gia CƯỜng + + 1511123 515111111111 15111110111 1c 695 PHAN TÍCH LÝ THUYET .cccccccccccccccccsecceccscccscceccsscesecsecesesscesessssescesesesees 72

5.1.2 Công thức của Khalifa va Nanni cc ccccccsececnetseseseeeeseeseeseeeees 735.1.3 Công thức của Chen va Teng ccceccecccccccceceeeeeeeeeeeeeeeseseseeseseseseees 735.1.4 Công thức cua Monti va Liotta cccccccececceeeaeeeeeeseseeseeeseeeeeees 735.2 Kiếm chứng độ chính xác của các công thức tính biến dang hữu hiệu của

tam FRP đã có theo cường độ chịu nén của bê tông 775.3 Kiếm chứng công thức tinh khả năng kháng cắt của dam gia cường tam

FRP vi 0 nuistttểấầdtdididddddd S06 KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, - - 5 s11 kY cưng ng ng ru 876.1 Kết luận -G- CS 1S S ST TT TT HT TT TH ngư 876.2 Kiến ng hị ce csescesescesscecesescevsvscecsssecevavscsesvsvscsessessstevscsessesestanees 887 TÀI LIEU THAM KHẢÁO SG S11 TT HT TH ng ru 898 PHU LUC - - - SE SE 11515 3 5151511111111 21111111111115151501 15011111 1xcrkg 8-1

8.1 Kết quả thí nghiệm mẫu dầm 2 2k +E#E2E#E+E£EEeESEeEekrererersrd 8-28.2 Kích thướt tiết diện, đặc trưng vật liệu và kết quả thí nghiệm 101 mẫudầm gia CưỜng + + xxx S191 1 1 31311011111 1111101110111 1111k 8-129 LY LICH TRÍCH NGANG

Cường độ chịu kéo chẻ đôi của mẫu bê tông lập phương

Cường độ chảy dẻo của cốt thépCường độ chịu kéo cực hạn của cốt thépChiêu cao dam

Hệ số đặc trưng cho tâm FRPHệ sô mô tả sô diém uôn trong dâm thí nghiệm, ky =1 đôi vớidâm 4 điêm uôn, kp = L/(L-a) đôi với dâm 3 diém uôn

Hệ số kế đến ảnh hưởng của tim FRP bằng 1.0 đối với tam mộtchiêu; bang1.4 đôi với tâm 2 chiêu

Hệ sô mô tả sô lượng đâu tự do của tâm trong một mặt của dâm,k¿=1.0 đối với tim FRP dạng U; k, = 2.0 đối với tâm FRP bámdính mặt bên dầm

Hệ số giảm bám dính được xác định theo ACI 440.2R-08Số lớp FRP gia cường

Khoảng cách của các cốt đaiKhoảng cách giữa các tắm FRP được bố trí theo daiChiều dày của tim FRP

Đơn vị

Wr Chiều rộng tam FRP [mm]Wee Chiêu rộng hữu hiệu của tam [mm]Zp Khoảng cach từ mặt chịu nén dầm đến mặt dưới của FRP [mm]Zt Khoảng cach từ mặt chịu nén dầm đến mặt trên của FRP [mm]Otmax Ung suất kéo lớn nhất trong tam FRP [Mpa]Tmax Ung suất cắt cực đại của bê tông [Mpa]Vn Hệ số an toàn của FRP [ ]8 Góc giữa hướng sợi chính FRP và trục dam [0Ì9 Góc giữa ứng suất kéo chính và trục đầm [0ÌỔ Chuyén vị của dam [mm]Eccexp Biến dạng lớn nhất của bê tông theo thực nghiệm [2o |Efexp Biến dạng lớn nhất của FRP theo thực nghiệm [2o |Efe Biến dang hữu hiệu của tắm FRP [2o |Efy Bién dang tới han cua tam FRP [2o]sp Biến dạng lớn nhất của cốt dọc theo thực nghiệm [|

Ếvcxp Biến dạng lớn nhất của cốt đai theo thực nghiệm [2o |

Pr Hàm lượng tam FRP [%o]Ds Ham luong cét thép doc [%]Py Ham luong cét thép đai [%4]Ng Hệ số xét đến sự phân bố không đều của ứng suất trên mặt cắt [ ]Ag Diện tích tiết điện tam FRP [mm2]Ag Diện tích tiết điện cốt thép [mm2 ]Dt Hệ số phân bố ứng suất xác định theo Chen va Teng (2003) [ ÏE Môđun đàn hồi của bê tông [MPa]

Ver, flexVer, sh

Mô-đun đàn hồi của FRPMédun đàn hồi của thépNăng lượng phá hủy của bê tông được xác định theo Sas và cáccộng sự (2008)

Khoảng cách giữa các gối tựa damChiều dài bám dính hữu hiệuKhả năng kháng cắt của dam gia cường FRPKhả năng kháng cắt của dầm gia cường FRP theo thực nghiệmKhả năng kháng cắt của dầm gia cường FRP theo lý thuyếtKhả năng kháng cắt của tâm FRP

Khả năng kháng cắt của tâm FRP theo thực nghiệmKhả năng kháng cắt của tâm FRP theo lý thuyếtKhả năng kháng cắt của bê tông vùng chịu nénKhả năng kháng cắt của cốt đai

Khả năng kháng cắt của dầm gia cường FRP khi vết nứt do uốnđầu tiên xuất hiện

Khả năng kháng cắt của dầm gia cường FRP khi vết nứt do cắtdau tiên xuât hiện

[GPa]

[MPa]

[MPa]

American Concrete Institute

Aramid Fibre Reinforced Polymers

Bê tông cốt thépCarbon Fibre Reinforced PolymersComite Euro-International du Beton (CEB) and the FederationInternationale de la Precontrainte

Hệ số biến thiênThe Italian National Research Council

Fiber Reinforced Polymers

Glass Fibre Reinforced PolymersGia tri trung binh

Độ lệch chuẩnTechnical Report No 55

Chương 2

Bang 2.1: Một số đặc tinh cơ lý điển hình của tam FRP +5 se se x+e£+exsesssd 4Chương 4

Bang 4.1a: Cap phối bê tông M300, M500, M700 - 2 2 2c Se + sE+Eexrkrreree 22

Bang 4.1b: Cường độ chịu nén và chịu kéo của mẫu thí nghiệm 22

Bang 4.2: Cường độ chịu khéo của thép dọc và thép đaI1 -. << << <2 24Bang 4.3: Đặt tính cơ học của tắm sợi gia CƯỜng -¿-c + + skxctvevsxrkrereree 25Bang 4.4: Thông số kỹ thuật của mẫu dầm thí nghiệm - - 5225: 25Bảng 4.5: Danh mục thiết bị thí nØhÄ1Ệm c5 5555555122333 EEEEErrsrsesks 35Bang 4.6: Tổng hợp kết quả thí nghiệm giai đoạn I - 5-22 s£+x+x+s+s s2 40Bang 4.7: Tổng hợp kết quả thí nghiệm giai đoạn 2 - - s52 + £+x+x+e+z x2 40Chương 5

Bang 5.1: Một số công thức tính khả năng kháng cắt của tam FRP 75Bang 5.2: Kết qua kiếm chứng tính chính xác của các công thức tính bién dạng hữu

hiệu của tắm FRP - - ¿5t + Sx22212212212112111.111111121.1 kg 79Bang 5.3: Công thức tinh kha năng kháng cắt của dầm gia cường tâm FRP 82Bang 5.4: Kết qua kiểm chứng tính chính xác của các công thức xác định sức

kháng cắt của dầm gia cường tam FRP sec ceẻ S3

Các dạng vật liệu FRP dùng trong xây dựng -<«- 3

Sử dụng FRP gia cường kết cấu 2 Ss SE SE Eerrrersed 5Ứng dung gia cường tắm FRP -G- G- + xxx EE cv xe reg 5

Thí nghiệm nén và kéo chẻ bê tơng - + + sssssssss 23

Thí nghiệm kéo thép - c c1 2111111111111 1111 1111111111111 x2 24Kiểu phá hoại của cốt thép khi kéo dọc trục - 24Chi tiết bố trí thép và vị trí dán cảm biến đo biến dạng của cốt thép trong¬ .äääậ.Ẽ 26

Vi trí đán cảm biến đo biến dạng bê tơng va tâm FRP của dâm 26Cơng tác cốt thép - S111 515151 1 1 5151511111111 27Cơng tác COp pha - - se St SềE5E511 8E 1515111111111 111 re 27Cơng tác dán cảm biến đo biến dạng cốt thép - 2-5-2 2 s5: 28Cơng tác đồ bê tơng ¿ ¿+ + x3 E 519151 1 1 151151111111 xxx 28Cơng tác đầm bê tơng - ¿5k 9123k E5 51 1 E1 1511 1E re 29Dâm sau khi đồ bê tơng - - + + + E3 5 9EESE SE Ekrkrkrrrrred 29Cơng tác bảo dưỡng bê tƠng -c cc 11c xxx kg 309 mẫu dam thí nghiệm tại thời điểm 28 ngày sau khi đồ bê tơng 30Cơng tác tạo vết nứt cắt trong đầm -¿- ¿+ + s+k+x+e eEeEekrkrrerersed 3lCơng tác làm phang mặt bê tơng 2-2 s++E+E+x+E£EsEsEzkrkrerees 3lMặt bê tơng sau khi làm phắng ¿2 2 se SEsE+E+EeEeErrsrsrrered 32Tron keo Epoxy loại Tyf0 S -c c chu 32

Hình 4.17: Phủ keo Epoxy lên bề mặt tắm CFRP và GFRP - 33

Hình 4.18: Phủ keo Epoxy lên bề mặt dằm - - 2+ + +E+E+E+s££££z£zzz re, 33Hình 4.19a:Dán tắm CFRP lên bề mặt dam ¿5c sc2ct+csrtertrrrerrerrree 34Hình 4.19b:Dán tâm GFRP lên bề mặt dầm ¿52 5+2ct2ctsrerxerxerrerrree 34Hình 4.20: Các dầm thí nghiệm sau khi được gia cường s2 s2 s+s+s s2 35Hình 4.21: Sơ đồ bồ trí thiết bị thí nghiệm cece E2 SE EEsESErEeErerersree 36Hình 4.22: Toàn cảnh thí nghiệm trong PTÌN c2 1k2 37Hình 4.23: Dán cảm biến (strain gauge) đo bién dạng tam CFRP và GFRP 37

Hình 4.24: Dán cảm biến đo biến dạng bê tông ¿2 + + +x+s+2££sEeE+e+erscxz 37Hình 4.25: Lap đặt kích thủy lực và cảm biến đo lực (load-cell) -: 38

Hình 4.26: Lap đặt dụng cụ đo chuyên Vi.wcccccccccccsesesescscescssessssesesestevssseeseeeees 38Hình 4.27: Thiết bị ghi nhận số liệu Data Logger TDS 303 - 5-55: 39Hình 4.28: Thao tác thí nghiệm - - - c S39 9031311111111 1 111111111 ng 39Hình 4.29: Dam nhóm A được tao nút trước khi gia cường tâm FRP 43

Hình 4.30: Hình thái vết nút và kiêu phá hoại của dầm trong nhóm A 44

Hình 4.31: Dam nhóm B được tạo nứt trước khi gia cường tam FRP 45

Hình 4.32: Hình thái vết nút và kiêu phá hoại của dầm trong nhóm B 46

Hình 4.33: Dam nhóm C được tạo nứt trước khi gia cường tắm FRP 47

Hình 4.34: Hình thái vết nứt và kiêu phá hoại của dầm trong nhóm C 46Hình 4.35: Quan hệ lực - chuyển vị của đầm nhóm A +2 2+ £+ex+s£+x+sse 49Hình 4.36: Quan hệ lực - chuyển vị của đầm nhóm B +2 +2 cs se se sex 50Hình 4.37: Quan hệ lực - chuyển vị của đầm nhóm C, -+s++ecx+e se £+xssse 50Hình 4.38: Sự giảm chuyên vi của dầm gia cường so với dam đối chứng tại cấp tảiphá hoại theo yêu tố cường độ chịu nén bê tông - 5 + + +E+x+x+e+erersrsz 51

Hình 4.39: Quan hệ lực - bién dang tam GFRP của các dam gia cường nhóm A, B

Hình 4.40: Quan hệ lực - bién dang tam GFRP của các dam gia cường nhóm A, BVa C trong 2iat MOAN 2 oo na 53Hinh 4.41: Quan hé luc - bién dang tam CFRP của các dam gia cường nhóm A, B

Hinh 4.42: Quan hé luc - bién dang tam CFRP của các dam gia cường nhóm A, BVa C trong 2iat MOAN 2 oo l ae 54Hình 4.43: Quan hệ lực - biến dạng tam GFRP và CFRP của các dầm gia cường

¡0150175757 ă ẼäẼäăäăăa.Ẽ.Ẽ.bẼẼ 57

Hình 4.47: Quan hệ lực - biến dạng cốt thép dai của các dam nhóm A 58Hình 4.48: Quan hệ lực - biến dạng cốt thép dai của các dầm nhóm B 59Hình 4.49: Quan hệ lực - biến dạng cốt thép dai của các dam nhóm C 59Hình 4.50: Sự giảm biến dạng cốt dai của dầm gia cường so với dâm đối chứng tạicấp tai phá hoại theo yếu tố cường độ chịu nén bê tông - 2 2 s52 s£sx+s+ 60Hình 4.51: Quan hệ lực - biến dạng cốt đọc (trong nhịp cat) của các dam nhóm A

Hình 4.53: Quan hệ lực - biến dạng cốt doc (trong nhịp cắt) của các dam nhóm C

Hình 4.54: Sự giảm biến dạng cốt doc (trong nhịp cắt) của dầm gia cường so với

dam đối chứng tại cấp tải phá hoại theo yếu tố cường độ chịu nén bê tông 63

Hình 4.55: Quan hệ lực - biến dạng cốt doc (giữa nhịp) của các dầm nhóm A 65

Hình 4.56: Quan hệ lực - biến dạng cốt doc (giữa nhịp) của các dầm nhómB 65

Hình 4.57: Quan hệ lực - biến dang cốt doc (giữa nhịp) của các dầm nhóm C 66

Hinh 4.58: Bién dang lớn nhất của cốt doc tại vi trí giữa nhịp theo yếu tố cường độChiu NEn 80):86)50:0:1500000 -::: siiiẢẢÝ 66Hình 4.59: Quan hệ lực - biến dạng nén bê tông của các dam nhóm A 68

Hình 4.60: Quan hệ lực - biến dang nén bê tông của các dam nhóm B 68

Hình 4.61: Quan hệ lực - biến dạng nén bê tông của các dam nhóm C 69Hình 4.62: Sự gia tăng khả năng kháng cắt của dầm gia cường tắm FRP so với dầmđối chứng theo yếu tố cường độ chịu nén của bê tông - 2-2 2 s£+s+s+s+ecxz 70Hình 4.63: So sánh mức độ gia tăng kha năng khang cắt giữa các dầm đối chứng vadam gia cường khi cường độ bê tông dam thay đỔi + +5 +2 2s +E+x+e+ecx2 71Chuong 5

Hình 5.1: Tính chính xác của 4 công thức tinh theo cường độ chịu nén bê tông 81

Hình 5.2: Tinh chính xác của 4 công thức tính theo cường độ chịu nén bê tông 87

Nghiên cứu này được tài trợ một phần bởi Quỹ phát triển Khoa học và Công nghệQuốc gia (NAFOSTED), mã số đề tài : 107.04.2012.21.

Tác giả cảm ơn Công ty FYFE ASIA PTE LTD Singapore đã hỗ trợ vật liệu FRP,keo dán và các chỉ dẫn kỹ thuật

Công tác gia cường kết cấu hiện nay thường được thực hiện bằng cách sử dụng các vậtliệu và kỹ thuật truyền thống như: () dán thép tam lên bề mặt kết cấu; (2?) tăng kíchthước tiết điện của kết cấu bang cách phủ thêm lớp áo thép hoặc bê tông; và (3i) taothêm ứng suất có lợi bằng phương pháp căng sau Gan đây, vật liệu “polymer giacường sợi” (FRP) với những đặc tính nôi bật như có khối lượng riêng nhẹ, cường độ

chịu kéo cao, không bị ăn mòn, không bị nhiễm từ, và khả năng tự nội soi nhờ vào các

cảm biến sợi quang được lồng ghép vào bên trong như một dạng cốt chịu lực thôngminh, đang nổi lên như một giải pháp gia cường hiệu qua bên cạnh các kỹ thuật truyềnthống Tuy nhiên, hiện nay kỹ thuật gia cường dùng tam FRP van còn chưa được ứngdụng rộng rãi trong thực tế như mong đợi Một trong những nguyên nhân chính là dosự hiểu biết của các kỹ sư và ngay cả của các nhà nghiên cứu về ứng xử của dạng kếtcầu này vẫn còn chưa day đủ, đặc biệt là ứng xử cắt (Pellegrine and Modena, 2006).Khả năng kháng cắt của dầm bê tông cốt thép (BTCT) gia cường tam FRP chịu anhhưởng chủ yêu bởi sự làm việc của tâm FRP Theo một sô nghiên c cứu đã có

(ï Wael RRMA Vea SACK, py / IAAT Sa Va INGRAM, 22/22 TÃOUSS€GiIDAE2 Ya Wildlial, “3| (uất

R ah TÊN CN ẻ Xà 13 PRS 3 1a na +“ toa? x ^ ¬ maaPT RA SP De PRR ES Pees t len pease Mm Get Senet erie PERERA? Bee CXÝS |4 ĐỘ Wc reas ay sey ik H ì H

làm việc của tim FRP được quyết định bởi một số yếu tố như kích thước tiết điện dầm,

bề mặt thi công dán tam, hàm lượng cốt đọc, hàm lượng cốt đai, hàm lượng tắm,hướng sợi gia cường, kiểu dan (2 mặt, chữ U hay bọc toàn bộ), loại tâm và cường độbê tông dầm cũng như sự tương tác giữa chúng

Xét đên ảnh hưởng của yêu tô cường độ bê tông và sự tương tác của nó với sự làm

việc của tâm FRP đên khả năng hang cat của dâm, một sô Ít gen cứu ie loriguehi

a yo ao ee or N “ lo aaa ` nn N

Va SR, 4 27/4 lắc a A Veh GRR RS OD tha Xế= 1G Aaey RAVES YR Aran £ hts i

bê tông anh hưởng đến biến dang hiệu quả, tính bám dính của tim FRP và từ đó quyết

định đến kiểu phá hoại và khả năng kháng cắt của dầm Các nghiên cứu này khảo sátảnh hưởng cường độ bê tông với khoảng giá trị tương đối rộng từ 20 đến 55 MPa, tuynhiên hầu hết là trên các mẫu dầm có kích thước nhỏ với chiều cao đầm nhỏ hơn 300mm, và chi mới tập trung cho loại tắm CFRP Việc khảo sát trên mẫu kích thước nhỏgiúp cho việc khảo sát được dé dang và kinh tế hơn, tuy nhiên, các dầm trong thực tế

vai tro quan trọng đến kết quả thí nghiệm thu được, cho nên việc chỉ thí nghiệm trênnhững mẫu kích thước nhỏ có thé dẫn đến những kết luận chưa được day đủ Ngoài ra,cho đến hiện nay cường độ bê tông ảnh hưởng như thé nào đến sự làm việc của tamGFRP trong các dâm chịu tac dụng của lực cắt vân còn chưa được làm sáng tỏ.

Đề tài khảo sát và phân tích thực nghiệm ảnh hưởng của yếu t6 cường độ bê tông đếnsự làm việc của tim CFRP và GFRP, ứng xử và khả năng kháng cắt của dầm BTCTgia cường tắm CFRP và GFRP theo dạng U Chương trình thực nghiệm sẽ được tiếnhành trên 9 mẫu dầm kích thước 450x150x3100 mm, chia làm ba nhóm dam Mỗinhóm có 3 dâm, gồm 1 dim BTCT đối chứng, 1 dầm gia cường tam GFRP, | dam giacường tâm CFRP Cường độ bê tông của từng nhóm lần lượt thay đổi 30, 50 va 70MPa Các nội dung nghiên cứu chính của đề tài bao gồm: (7) khảo sát anh hưởng củacường độ bê tông đến biến dạng của tam gia cường GFRP và CFRP khi chịu lực cắt;(2i) phân tích ảnh hưởng tương tác giữa yếu tổ cường độ và sự làm việc của tắm CFRPvà GFRP đến ứng xử và khả năng kháng cắt của dầm gia cường: (3?) kiểm chứng cáccông thức tính khả năng kháng cắt của tắm hiện có dựa trên kết quả thực nghiệm

2.1 Sơ lược vật liệuVật liệu FRP là một dạng vật liệu composite được cầu tạo từ 2 thành phân chính gồmchất kết dính va sợi Chất kết dính được làm từ nhiễu loại vật liệu khác nhau (epoxy,polyester, vinylester), phố biến nhất hiện nay là từ nhựa polymer và epoxy Sợi làthành phân chính tạo nên đặt tính cơ lý của FRP Các loại sợi sử dụng phô biến nhấthiện nay sử gồm có sợi thủy tinh (glass fibers), sợi aramid (aramid fibers) và sợicarbon (carbon fibers) Tùy vào loại sợi mà vật liệu FRP được phân loại thành GFRP(vật liệu gia cường sợi thủy tinh), AFRP (vật liệu gia cường sợi aramid) và CFRP (vậtliệu gia cường sợi carbon) Các dạng FRP dùng trong xây dựng thường có các dạngtâm, thanh, cáp, vải (Hình 2.1) Trong sửa chữa và gia cô công trình xây dựng thườngdùng các loại FRP dang tam và dạng thanh Một số đặc tính cơ lý điển hình của tamFRP được thé hiện trong Bảng 2.1.

Dạng tam Dạng thanh

Hình 2.1: Các dạng vật liệu FRP dùng trong xây dựng

Bảng 2.1: Một số đặc tính cơ lý điển hình của tâm FRP

Trọng lượng | Chiều dày Cường độ _—

FRP Loại sợi chịu kéo | đàn hôi

Replark HM Carbon 200 0.14 1900 640

Sika (www.sika.com)

Hex 100G Glass 913 1.0 600 26.1

Hex 103C Carbon 618 1.0 960 73.1CarboDur S Carbon 2240 1.2-1.4 2800 165CarboDur M Carbon 2240 1.2 2400 210CarboDur H Carbon 2240 1.2 1300 300

Degussu Building Systems (www wabocorp.com)

Mbrace EG 900 | Glass 900 0.35 1517 72.4Mbrace CF 530 | Carbon 300 0.17 3500 373Mbrace AK 60 | Aramid 600 0.28 2000 120

Hiện nay van dé ứng dụng vật liệu FRP trong các công trình xây dựng dang theo 3hướng chính: (;) vật liệu FRP được sử dụng làm vật liệu gia cường, sửa chữa; (2;) vatliệu FRP được sử dụng làm cốt chịu lực trong kết cầu công trình; và (37) bê tông sợi

nhât Tâm FRP được sử dụng đê tăng khả năng kháng uôn, cat của dâm và san và cònđược sử dụng nhiêu dé tăng cường khả nang kháng uôn-nén và độ dẻo dai cho cộtBTCT đặc biệt dưới tác dụng của tải trọng động.

columms

openings

Hình 2.2: Sử dụng FRP gia cường kết câu (Taljsten, 2006)

Hình 2.3: Ung dụng gia cường tâm FRP

khả năng kháng cắt của dầm gia cường tam FRPHoriguchi và Saeki (1997) nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ chịu nén bê tông đếnkhả năng bám dính của tam CFRP Tác gia tiến hành khảo sát với cường độ chịu néncủa bê tông thay đối là 10.5Mpa, 31.4Mpa và 46.1MPa Kết quả cho thấy có 3 kiểu

phá hoại thường xảy ra là: bê tông bị phá hoại cắt; phá hoại do bóc tách giữa bê tông

và tâm CFRP; và phá hoại đứt tâm CFRP Khi cường độ chịu nén của bê tông nhỏ hơn25.3 MPa, phá hoại xuất hiện trong bê tông; phá hoại bóc tách xuất hiện khi tăngcường độ bê tông; tam FRP bi pha hoại khi su dụng bê tông cường độ cao Cường độbám dính của tam ty lệ thuận với cường độ chịu nén của bê tông.

Deniaud và Cheng (2001) nghiên cứu sự tương tác của bê tông, thép đai và loại tamFRP đến khả năng kháng cắt của dam BTCT dạng T gia cường trên 8 mẫu dầm T140x400x600x3700 mm có cường độ chịu nén của bê tông 44.IMPa Dam được giacường 3 loại tấm FRP khác nhau: tâm GFRP 1 phương, tam CFRP 1 phương,tâm GFRP 3 phương (Tri-axial glass fibres) Các đầm trên được chia làm 3 nhóm gồmSN, S2 và S4 tương ứng với dầm không có thép đai, dam có khoảng cách dai 200mmvà 400mm Các dam được gia cường tâm FRP dạng U và có góc hướng sợi của tâm sovới trục dầm là (0°, 45”, 90°, 60”, -60°) Kết quả thí nghiệm chỉ ra rang kha năngkháng cắt dầm gia cường tam FRP tăng từ 77.4% đến 117.3% so với dam không giaCường.

Khalifa va Nanni (2002) thí nghiệm trên 12 mau dam BTCT kích thước305x150x3050mm Các dầm được chia làm 2 nhóm (SW và SO) dé khảo sát các thamsố: tý số nhịp cắt (a/d); hướng sợi gia cường; và dang gia cường Nhóm SW gồm 4mẫu dầm cường độ chịu nén bê tông 19.3 MPa, Nhóm SO gồm 8 mẫu dầm cường độ

chịu nén của bê tông là 27.5 MPa Trong mỗi nhóm SW và SO chia làm 2 nhóm nhỏ

SW3, SW4, SO3, SO4 với tỷ lệ nhịp cắt (a/d = 3 và 4) Các mẫu dầm được gia cườngvới hướng sợi so với trục dầm (0° và 90”) và có dang gia cường khác nhau (dạng U vadạng dán 2 mặt bên) Kết quả cho thấy khi tăng hàm lượng tâm thì khả năng kháng cắttăng ít Khi gia cường góc hướng sợi 0” làm tăng khả năng kháng cắt theo hướng dọc

trục Ngoài ra, tác giá còn kiến nghị khảo sát thêm các tham số ảnh hưởng đến khảnăng khang cat của dâm như hàm lượng côt dọc và cường độ bê tông.

Hsu và cộng sự (2003) thí nghiệm trên 16 mẫu dầm cao có kích thước101.6x228.6x914.4 mm dé khảo sát các tham số: tý lệ nhịp cắt a/d; và ảnh hưởng củaloại tam CFRP Tất cả các mau dâm thí nghiệm không bố trí cốt thép chịu cắt đượcchia làm 4 nhóm Dâm nhóm | va 2 được gia cường tâm CFRP (Sika Carbodur Strip)

kiểu dạng dán 2 mặt bên, góc của hướng sợi so với trục dầm thay đôi (0°, 45°, 90°), ty

lệ nhịp cắt tương ứng 1.11 và 1.67 và hàm lượng tam thay đổi từ 1.7 đến 5.37% Damnhóm 3 và 4 được gia cường tam CFRP (Sika Wrap Hex 230c) dạng dán 2 mặt bên vàdán kiểu U, góc hướng sợi so với trục dam thay đôi (0°+90", 90°), tý lệ nhịp cắt và hàmlượng tam thay đổi tương tự nhóm dâm 1 và 2 Dựa trên kết quả thí nghiệm cho thay:(i) tỷ lệ nhịp cắt a/d giảm thì kha năng kháng cắt tang; (2?) các tam khác nhau có khảnăng kháng cắt khác nhau; (3i) tỷ lệ nhịp cắt a/d giảm thì khả năng kháng cắt của damgia cường tắm CFRP dang dai với góc hướng sợi 45” tăng, nhưng giảm với hướng sợi0”; (4) gia cường dang U làm tăng khả năng kháng cắt của dầm nhiều nhất

Cao và cộng sự (2005) khảo sát khả năng kháng cắt của dầm gia cường FRP dựa trêncác thông SỐ: ty lệ nhịp cắt (a/d); hàm lượng tam và loại tam Có 18 mẫu dam đượcchia làm 3 nhóm là A, B, L Kích thước các mẫu dam 150x250x2000 mm với chiềucao làm việc 222.5 mm Dam nhóm A có cường độ chịu nén của bê tông là 30.5 MPa,được gia cường tam CFRP với hàm lượng tam thay đổi (0.37, 0.53, 1.1 %), tỷ lệ nhịpcắt là 1.8 và 2.7 Dam nhóm B và L có cường độ chịu nén của bê tông là 30 và 17.8MPa, được gia cường 2 loại tam GFRP có chiều dày (1.27 — 1.2mm), cường độ chịukéo từ 260 đến 112 MPa và mô-đun đàn hồi từ 20.5 đến 5.3 GPa, hàm lượng tắmGFRP thay đổi từ 0.09% đến 0.55% và ty lệ nhịp cắt a/d từ 1.35 đến 2.92 Kết qua chothay hệ số phân bồ biến dạng (giá trị bién dang trung bình của tat cả các biến dạng tamFRP dán theo dãy) giảm khi tỷ lệ nhịp cắt a/d tăng

Sim và cộng sự (2005) nghiên cứu 10 mẫu dầm gia cường các loại tam khác nhauCFRP, GFRP, CFS, có kích thước 250x250x1400 mm, cường độ chịu nén của bê tông24 MPa, tỷ lệ nhịp cắt a/d=1.7 Các thông số được khảo sát gồm dạng gia cường (dang

U, dạng bọc 2 bên và dạng bọc toàn bộ), góc hướng sợi so với trục dầm (45°, 90°) Cac

loại tim CFRP, CFS, GFRP có cường độ chịu kéo lần lượt 3160, 350, 450 MPa; dun đàn hỏi lần lượt 160, 240, 23 GPa Kết qua thu được như sau: (1) các dầm giacường đều bị phá hoại giòn với sự bóc tách của tâm FRP; (2) các loại vật liệu giacường khác nhau không anh hưởng nhiều đến khả năng kháng cắt của dầm gia cường:(3) dam gia cường có góc hướng sợi 45° ảnh hưởng mạnh đến kha năng kháng cắt vahạn chê sự lan truyên của vét nứt rat hiệu qua.

mô-Anders và Taljsten (2005a) nghiên cứu thực nghiệm dầm BTCT gia cường tam CFRPchịu lực cắt Các thông số khảo sát là: chiều dai nhip; chiéu day va hướng sợi tamFRP; va hàm lượng cốt dai Tổng cộng 23 dam BTCT có cường độ chịu nén của bêtông là 55 MPa được thử nghiệm Các dầm được chia làm 2 nhóm Nhóm A gồm 20dầm kích thước 4500x180x500 mm được bồ trí cốt đai cầu tạo Nhóm B gồm 3 damkích thước 3500x180x400 mm được bố trí cốt đai theo thiết kế Tam CFRP có chiềudày khác nhau (1, 2, 3 tương ứng 125, 200, 300 g/m’) và có hướng sợi gia cường theo

các góc khác nhau so với trục của dầm (+45°, -45° 90° va 0°), Két qua cho thay, tam

CFRP giúp gia tăng dang kế kha năng kháng cắt của dầm Trong trường hop dam đãcó các vết nút trước, việc gia cường ngoài mục đích sửa chữa mà còn tăng khả năngchịu lực của dâm so với trước đây.

Dong và cộng sự (2013) đã khảo sát thực nghiệm trên 7 mẫu dầm Các tác giả nghiêncứu ảnh hưởng của các tham số như loại tắm gia cường FRP, chiều cao dầm, hàmlượng cốt đai và cường độ bê tông đến khả năng kháng cắt của dầm Các dầm đượcchia lam 2 nhóm (SR1, SR2, SR3, SR4, SR5) và (SR6, SR7) có cường độ bê tông thayđổi 20 MPa và 30MPa Kích thước 6 mẫu dam (SR1, SR2, SR3, SR4, SR6, SR7) là150x300x1700 va mẫu dam (SR5) có kích thước 150x250x1700 mm Mẫu dầm SRIvà SR6 là dầm đối chứng không gia cường tắm FRP Mẫu dầm SR3, SR4, SR5, SR7được gia cường tam CFRP 2 lớp dạng U Mẫu dầm SR2 gia cường tâm GFRP 1 lớpdạng U Kết quả cho thấy, khả năng kháng cắt của mẫu dầm gia cường tam GFRP tăng31% và tắm CFRP tăng 74% Khả năng kháng cắt, độ cứng và độ dẻo dai của dầmtăng lên khi dầm có cường độ chịu nén bê tông lớn hơn

Sử dụng tam FRP dé cải thiện và gia cường khả năng kháng cắt dam BTCT là van déđã và đang được nghiên cứu gần hơn hai thập ký qua Có thể nói răng, việc xây dựngmô hình tinh kha năng kháng cắt của dim BTCT gia cường tắm FRP là không hè đơngiản do ứng xử kiểu “composite” của chúng Đề cho việc thiết kế được dé dang, cácnhà nghiên cứu giả định răng vật liệu FRP dán bên ngoài ứng xử như cốt đai bêntrong Từ đó, hầu hết các mô hình tính khả năng kháng cắt của tắm FRP tương tự nhưcốt đai Sau đây là một số mô hình và công thức tính khả năng kháng cắt của tam FRPtì.

2.3.1 Dé xuát của một sô tac gia

(a) Mô hình của Triantafillou (1998) và của Triantafillou - Antonopoulos (2000)Mô hình của Triantafillou (1998) là một trong những mô hình đâu tiên được dé xuấtnhằm dự đoán khả năng kháng cắt của tắm FRP và được dựa trên “mô hình dàn” (trussanalogy) Theo kết qua thực nghiệm của các tác giả trước đó, Triantafillou đã tính khanăng kháng cắt của tắm FRP như sau:

V, => P;B,e,b,4(L+eos)sin Ø (2.1)

f

Trong đó, yr là hệ số an toàn cho tâm FRP khi chịu kéo dọc trục (yp =1.15 đối vớiCFRP); pr= (2/:/b„)(w⁄s¿) là hàm lượng tắm FRP; w (mm) là bé rộng của tắm FRP; s;(mm) là khoảng cách giữa các trục tâm FRP; ö„ và đ (mm) là bé rộng và chiều cao làmviệc của dâm; #; (MPa x10”) là mô-đun đàn hồi của tâm; B là góc giữa hướng sợichính và trục dâm; ef là biến dạng hữu hiệu của tấm FRP và được xác định theo độcứng đọc trục của tam (axial rigidity) pg##; theo công thức (2.2) và (2.3):

£„ =0.0119—0.0205(p„E,)+0.0104(ø,E„} khi 0< pp; <1 GPa (2.2)

e„ =~0.00065(o„E„)+ 0.00245 khi p7: > 1 GPa (2.3)

Triantafillou and Antonopoulos (2000) nhận thay rang biến dang hữu hiệu của tam epcòn phụ thuộc vào dạng pha hoại, dạng tam gia cường (dang U hay dang boc toàn bộ)và vật liệu (CFRP hay AFRP).

Trong trường hợp bọc toàn bộ với CFRP:

_A,f,, (sin B + cos B)d,

Khi đó công thức (2.7) được thé hiện như sau:

y,- AE €,,(sin B + cos B)d,

R=0.5622(p,E,) —1.2188o,E,+0.778 với ph < 1.1 (2.10)

e Phá hoại bong tách tam FRP

7p 20042 ( fy wy

(E,t, là cu, en

Bè rong hữu hiệu của tam we (mm) được tinh như sau:

w„ = đ, đối với dạng bọc toàn bộ (complete wrapping) (2.12)w,=d,—L, đối với dang U (U-wrap) (2.13)w, =d,—2L, đối với dạng boc 2 mat bên (side bonded) (2.14)Chiêu dai bám dính hữu hiệu 7„ (mm) được tính theo công thức của Maeda và cộng sự(1997):

L = cố-184-0.58n(,#, ) (2 15)

Khalifa va Nani (2000) dé xuất tính V; tương tự như trên nhưng khác là chiều dài bamdính hữu hiệu LZ, được lấy bằng 75 mm và hệ số giảm biến dạng R được lấy là giá trinhỏ nhất của 3 giá trị được tính theo các công thức (2.16), (2.17) và (2.18):

S7

Ứng suất giảm yêu của tắm FRP là ff (MPa) và được xác định đựa trên gia định rằng

ứng suất phân bố trong FRP dọc theo vết nứt cắt là không đều tại trạng thái tới hạn đối

với cả hai dang phá hoại là pha hoại sợi trong tam FRP và pha hoai bong tach tam

ST fe = D/O uy (2.20)

Trong công thức (2.20), Dy là hệ số phân bố ứng suất va ofmax (MPa) là ứng suất kéolớn nhất trong tâm FRP Hệ số phân bố ứng suất được xác định cho cả hai dạng pháhoại bằng cách tích phân ứng suất hoặc biến dạng trên mặt cắt ngang:

Hệ sô À được xác định qua tỉ sô của chiêu dai bám dính lớn nhat Zina, (mm) và chiêuđài bám dính hữu hiệu Z¿ (mm):

L

Aas (2.28)

Lyx =d,/sin đối với dạng U (2.29)Lym =d,/(2sin 8) đối với dang bọc 2 mặt bên (2.30)

Et

Chen va Teng giả định rang ứng suất kéo của tâm FRP tại vị trí vết nứt xuất hiện làứng suất chịu kéo tới hạn của tam Theo giả thiết này hệ số phân bố ứng suất Dy chophá hoại bong tách tắm và ứng suất kéo lớn nhất trong tắm FRP được tính từ công thức(2.32) và (2.33):

(d) Mô hình của Carolin và Täljsten (2005) và của Sas và cộng sự (2008)Mô hình của Carolin (2003), Carolin và Taljsten (2005), va Sas và cộng sự (2008) dựatrên mô hình thanh chống giăng Khả năng kháng cắt của tắm FRP được tính theo côngthức (2.34):

Trong đĩ, & là biến dang tới hạn trong SỢI; max là biến dạng cực đại trong bê tơng; 8là gĩc giữa ứng suất kéo chính và trục dầm; B là gĩc giữa hướng sợi chính và trụcdâm.

Biến dang trong SỢI epòna được tính theo cơng thức:

0.19

(2.39)

r„ =sin Ø bọc liên tục (2.40)r= ¬ dải rời rạc (2.41)

dy (mm) là chiều cao hữu hiệu tam FRP; f’, (MPa) là cường độ chịu nén của bê tông:vmr là hệ số an toàn của tâm FRP và (= 1.4 đối với CFRP, = 1.5 đối với AFRP, và =3.5đối với GFRP); ø; là hàm lượng tắm FRP (= (2//b„)(w/s/) đối với dầm gia cường FRPtheo dai, và = (2t/b„) đối với dầm gia cường FRP liên tục); w (mm) bề rộng hữu hiệucủa tâm phụ thuộc vào hình dạng gia cường của FRP (= (đ;— L.) đối với dạng U, = (d— 2L„) với dang bam dính mặt); ZL, (mm) là chiều dai bám dính hữu hiệu:

, 4613

: IBPNG (2.45)

(b) FIB (2001)

Hướng dẫn của FIB (2001) được hình thành dựa trên nghiên cứu của Triantafillou va

Antonopoulos (2000) Theo đó, thành phan kháng cắt của tâm FRP ƒ¿ được tính như

Trong đó, 7a là hệ số an toàn lây bằng 1.2 #4 (MPa) là giá trị ứng suất hữu hiệu thiếtkế của tâm FRP Z4 (MPa) là giá trị ứng suất tới hạn thiết kế của tắm FRP /Zq„a (MPa) làgiá trị ứng suất thiết kế của tấm FRP cho trường hợp không bám dính Gq (N/mm) lànăng lượng phá hủy sy (mm) là chuyển vị trượt của tam FRP tại vị trí không bám dính(= 0.2 mm).

(d) ACI 440.2R-08 (2008)

Hướng dan ACI 440.2R-08 được hình thành trên cơ sở các nghiên cứu của Trianfallou

(1998), Khalifa và cộng sự (1998) ACI 440.2R-08 xác định kha năng kháng cắt củatâm FRP tương tự như cốt đai:

_ 4,€,E, (sin B +cos B)d,

V, ; (2.64)

#

Trong đó, 41; (mm2) là diện tích tiết diện ngang cua tam FRP, Arp = 2mfgwr n, te Và Welần lượt là số lớp, chiều day và bề rộng của tam E; (GPa) là mô-đun dan hỏi của tam.đ:(mm) là chiều cao làm việc tam FRP B là góc giữa hướng sợi chính và trục dam s+(mm) là khoảng cách giữa các dai.

ACI 440.2R-08 giới han biến dạng cực hạn cua FRP é, biến dạng hữu hiệu e¿, băngcách sử dụng hệ sỐ giảm bám dính é, Hệ sỐ này được xác định dựa trên chiều dài bámdính hữu hiệu Z, (mm) và cường độ chịu nén của bê tông ƒ;° Chiều dài bám dính hữuhiệu chịu ảnh hưởng bởi độ cứng của tim FRP:

— 23300

e “(ng)” (2.65)Hệ số hiệu chỉnh k, và k¿ được tinh dua vào cường độ bê tông và dạng gia cường(Khalifa, 1998) như sau:

Hệ số giảm bám dính k, va biến dạng hữu hiệu ég, được tinh theo các công thức (2.89)và (2.90):

eH k,LEp =K,6„ <0.004 (2.70)

Đối với dạng bọc toàn bộ, biến dạng hữu hiệu e¿; được tính theo phương trình (2.91)

Ex, =0.004<0.75£„, (2.71)

Chương 3: MỤC TIỂU, Ý NGHĨA VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

3.1 Mục tiêu nghiên cứuDựa trên các kết quả nghiên cứu đã được trình bài trong phan tông quan, đề tài dé xuất3 mục tiêu nghiên cứu chính sau:

e Khảo sát ảnh hưởng của cường độ bê tông đên sự làm việc của tâm gia cườngGFRP và CFRP trong dầm chịu tác dụng của lực cắt

e Phân tích anh hưởng tương tác giữa cường độ bê tông và sự làm việc của tamFRP đến ứng xử và khả năng kháng cắt dầm bê tông cốt thép gia cường tâmGFRP và CFRP.

e Kiém chứng lại các công thức tinh kha năng kháng cắt của tắm GFRP và CFRPhiện có.

3.2 Ý nghĩa nghiên cứu3.2.1 Ý nghĩa thực tiễnHiện nay, nhiều công trình BTCT sau một thời gian sử dụng và khai thác, đã và đangxuống cấp nhanh chóng Các công trình này cần được cải tạo, nâng cấp nhăm kéo dàithêm thời gian sử dụng Các giải pháp gia cường truyền thông đang được sử dụng hiệnnay như: (i) tăng kích thước tiết diện của kết cấu bang cách gia cố thép xung quanhhoặc phủ thêm lớp áo bê tông; (2?) tạo thêm ứng suất có lợi bằng phương pháp căngsau Những giải pháp này tiêu tốn nhiều thời gian, kỹ thi công phức tạp và rất ton kém.Giải pháp gia cường băng vật liệu “nhựa polymer gia cường sợi” (Fiber ReinforcedPolymers - FRP) với các ưu điểm khối lượng riêng nhẹ, cường độ chịu kéo cao, kỹthuật thi công đơn giản và nhanh là một giải pháp hiệu quả Tuy nhiên, hiện nay kỹthuật gia cường tiên tiễn này vẫn còn chưa được ứng dụng rộng rãi ở Việt Nam nhưmong đợi Một trong những nguyên nhân chính là do sự hiểu biết của đa số các kỹ sưvà các nhà nghiên cứu trong nước về ứng xử của dạng kết cấu này van còn chưa dayđủ, đặc biệt là ứng xử cắt Trong béi cảnh các số lượng nghiên cứu thực nghiệm trongnước vê két câu gia cường FRP con rat hạn chê, nghiên cứu này vì vậy sẽ góp phan

làm sáng tỏ hơn về hiệu quả của phương pháp gia cường tiên tiên đã dé cập đôi với cáccông trình trong nước

3.2.2 Ý nghĩa khoa họcBiến dạng của tâm đóng vai trò quyết định đến hiệu quả gia cường của nó đối với kết

cầu BTCT Biến dạng của tâm được chỉ phối bởi một số yếu tỐ, trong đó, cường độ bê

tông là một yếu t6 quan trọng do nó anh hưởng trực tiếp đến kha năng bám dính củatam đến bề mặt bê tông, từ đó đến kiểu phá hoại của tam Cho đến hiện nay cường độbê tông ảnh hưởng như thế nào đến sự làm việc của tâm FRP vẫn còn chưa được làmsáng tỏ Các nghiên cứu hiện có vé anh hưởng của cường độ bê tông đến biến dạng củatâm trên các dầm có kích thước thực tế còn khá khiêm tốn và rời rạc, trong các nghiêncứu này, các mẫu thí nghiệm thường có kích thước nhỏ và cường độ bê tông đa phầnnhỏ hơn 55 MPa Ngoài ra, các nghiên cứu này mới chỉ tập trung cho loại tắm CFRP.Hiện nay vẫn chưa thay nghiên cứu nào về ảnh hưởng của cường độ bê tông đến hiệuquả gia cường của tắm GFRP được công bố Nghiên cứu này giúp làm sáng tỏ hon anhhưởng của cường độ bê tông đến sự làm việc của tắm gia cường CFRP và GFRP dạngU trên các dam có kích thước thật chịu tác dụng của lực cắt, nhắm giúp cho việc dựđoán khả năng chịu cắt của tắm trở nên chính xác và hợp lý hơn

3.3 Nội dung nghiên cứuDé đạt được những mục tiêu nghiên cứu dé xuat, dé tài tiên hành thực hiện các nộidung sau:

(a) Lập chương trình thực nghiệm trên 9 mẫu dim BTCT gồm có 3 mẫu dam đốichứng, 3 mẫu dâm gia cường tam GFRP và 3 mẫu dầm gia cường tâm CFRP.Các dầm có cùng kích thước hình học và hàm lượng cốt đai nhưng có cường độbê tông khác nhau 30, 50, và 70 MPa.

(b) Phân tích và đánh giá ảnh hưởng của yếu tô cường độ bê tông đến sự làm việccủa tam gia cường CFRP và GFRP và qua đó đến ứng xử và khả năng kháng cắtcủa dầm gia cường

(c) Khao sát anh hưởng tương tác giữa cường độ bê tông và loại tâm FRP đến ứngxử và khả năng kháng cat dâm gia cường.

(d) Tính toán và kiểm chứng lại các công thức tính khả năng kháng cắt của tắmFRP hiện có dựa trên kết qua thực nghiệm từ nghiên cứu này va của một số tácgiả khác; nhận xét và đánh giá mức độ chính xác của từng công thức theo yếutô cường độ.

Chương 4 : PHAN TÍCH THỰC NGHIEM

4.1 Vật liệu và tính chất cơ lý4.1.1 Bê tông

Bê tông sử dụng có cường độ chịu nén 30, 50 và 70 MPa Cấp phối chỉ tiết của bê tôngsử dụng được trình bay trong Bảng 4.1a Cường độ chịu nén fo cube và kéo ƒsp cube thực tếcủa bê tông được xác định thông qua kết qua nén 6 mẫu lập phương 150x150x150 mmđược thê hiện ở Bảng 4.1b

Bảng 4.1a : Cấp phối bê tông M300, M500 và M700Thành phần Mô tả Khối lượng /m'

M300 MS00 M700Xi măng Holcim PC40 315 kg 538 kg 547 kgDa 1x2 (Bình Duong) Dinax = 20mm 1130 kg 1386 Kg Da 510 (Binh Duong) Dynax = 5-10mm 374 kg

Da 1020 (Binh Duong) Dinax = 10-20mm 560 kg

Cat vang (Dong Nai) Mar 2 896 kg 703 kg 280 kgDa nghién (Binh Duong) 654 kgNước Nước sinh hoạt 156 kg 156 kg 185 kgPhu gia (Sika) Sikament 2000AT 3 lit 5.3 Lit Phụ gia siêu déo (BASF) | Glenium 6013 8.67 lit

Bảng 4.1b: Cường độ chịu nén va chịu kéo của các mau thí nghiệm

Kí hiệu mẫu thí nghiệm

Nhóm A (ƒccupe= 32 MPa) 1 2 3 Trung binh (MPa)Cuong d6 chiu nén 32.4 | 31.9 | 32.2 32.2

Cường độ chịu kéo chẻ 2.68 | 2.63 | 2.64 2.65Nhóm B (uc = 57 MPa) 1 2 3 Trung bình (MPa)Cường độ chiu nén 51.4 | 59.4 | 61.3 57.4

Cường độ chịu kéo chẻ 2.55 | 2.74 | 3.06 2.78Nhóm C (/(.u;= 75 MPa) 1 2 3 Trung binh (MPa)Cuong d6 chiu nén 75.6 | 72.3 | 77.3 75.1

Cường độ chịu kéo chẻ 3.52 | 4.07 | 3.28 3.62