Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật xây dựng: Ảnh hưởng tương tác của cường độ bê tông và chiều dài dán của tấm FRP đến ứng xử bám dính trượt giữa tấm FRP và bê tông

NHIEM VU VA NOI DUNG:a Xây dựng chương trình thực nghiệm dé khảo sát và phân tích sự anh hưởng củacường độ bê tong và chiều dai dán của tim FRP đến ứng xử bám dính - trượt giữabê tông và

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYÊN PHẠM TUẦN MINH

CHIEU DAI DAN CUA TAM FRP DEN UNG XU BAM DINH

TRƯỢT GIỮA TAM FRP VA BE TONG

Chuyén nganh : XAY DUNG CONG TRINH DAN DUNG VA CONG NGHIEPMã số : 60 58 20

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHI MINH, tháng 09 năm 2015

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨHọ tên học viên: NGUYEN PHAM TUẦN MINH MSHV: 12210249

Ngày, tháng, năm sinh: 19/12/1987 Nơi sinh: Kiên Giang

Chuyên ngành: XD Công trình Dân Dụng và Công Nghiệp Mã số : 60 58 20I TÊN ĐÈ TÀI: ANH HUONG TƯƠNG TAC CUA CƯỜNG ĐỘ BE TONG

VA CHIEU DAI DAN CUA TAM FRP DEN UNG XU BAM DÍNH TRƯỢTGIỮA TÂM FRP VA BE TONG

II NHIEM VU VA NOI DUNG:(a) Xây dựng chương trình thực nghiệm dé khảo sát và phân tích sự anh hưởng củacường độ bê tong và chiều dai dán của tim FRP đến ứng xử bám dính - trượt giữabê tông và tam FRP

Cường độ chịu nén của bê tông được thay đôi lần lượt 30, 45và 90 MPa Loại tâm

khảo sát là CFRP và GFRP;

(b) Tìm các yếu tố ảnh hưởng đến mô hình bám dính — trượt giữa bê tông và tắmFRP từ các yếu tố cường độ bê tông, độ cứng FRP, cường độ chịu kéo của keo,chiều đài dán:

(c) Đề xuất công thức tính chiều dài dán hiệu qua dựa trên kết quả thí nghiệm ở mục(a) và một số thí nghiệm đã có:

° Công thức tính chiều dài dán hiệu quả dựa trên các tham số cường độ bê

tông, độ cứng FRP, cường độ chịu kéo của keo;

(d) Kiểm chứng tính chính xác của công thức băng cách sử dụng các kết quả thực

HI NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 01/09/2014IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/06/2015Vv CAN BỘ HUONG DAN : TS Nguyén Minh Long

Tp Hồ Chi Minh, ngay thang năm 2015

CAN BO HUONG DAN CHỦ TỊCH HOI DONG CHUYEN NGANH

TS.NGUYEN MINH LONG PGS.TS.BUI CONG THANH

TRUONG KHOA KTXD

TS.NGUYEN MINH TAM

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến Thay hướng dẫn là Thầy Nguyễn Minh Long, đãnhiệt tình hướng dẫn và truyền đạt kiến thức cho tôi làm luận văn trong suốt hơnmột năm qua.

Xin chân thành cảm ơn Cán bộ Phòng thí nghiệm kết câu công trình - Khoa KỹThuật Xây Dựng (BKsel) - Trường Đại học Bách khoa TP.HCM đã tạo điều kiện và

giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn.

Xin chân thành cảm ơn gia đình đã động viên, tạo điều kiện và luôn là hậu phươngvững chắc cho tôi hoàn thành chương trình đào tạo sau Đại học

Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo và đồng nghiệp ở Trường Cao đăng Kinh tế - Kỹthuật Thành phố Hồ Chí Minh đã hỗ trợ, giúp đỡ, quán xuyến công việc trong khi

tôi học tập trên Đại học Bách khoa.Chân thành cám ơn.

TÓM TATĐề tài nghiên cứu ứng xử bám dính — trượt của tim CFRP, GFRP và bê tông cócường độ thay đồi từ 30 đến 90 MPa Dựa trên kết quả từ thực nghiệm này tìm ra sựảnh hưởng của các yếu tố cường độ bê tông, độ cứng tam FRP, chiều dai dán tam,cường độ chịu kéo của keo đến ứng xử bám dính - trượt của tam FRP và bê tông.Từ kết quá thực nghiệm và các nghiên cứu đã có, dé tài đề xuất công thức tính chiềuđài dán hiệu quả, đồng thời xây dựng một mô hình bám dính — trượt mới giữa FRPvà bê tông Sau đó, tính hợp lý của công thức tính và mô hình đề xuất được kiểmchứng thông qua một thư viện dé liệu thực nghiệm đủ rộng và tổng quát Mức độ

chính xác của mô hình được so sánh với một sô các mô hình tiêu biêu hiện có.

Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện với sự hướng dâncủa thây Nguyên Minh Long.

Các kêt quả trong luận văn là đúng sự thật và chưa được công bô ở cácnghiên cứu khác.

Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của minh.

Tp Hồ Chi Minh, ngày 15 tháng 6 năm 2015

Học viên thực hiện

Nguyễn Phạm Tuấn Minh

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KY HIỆU

DANH MỤC CHỮ VIET TAT

DANH MỤC BANG BIEU VA HÌNH VE1 GIỚI THIEU

2 TONG QUAN NGHIÊN CỨU2.1 So lược về vật liệu FRP

2.2 Tong quan mô hình bám dính

2.3.Các nghiên cứu liên quan dén ứng xử bám dính-trượt của tam FRP và bê tông2.4 Các yếu tô ảnh hưởng và công thức tính chiều dài bám dính hiệu quả L,3 MỤC TIỂU, Ý NGHĨA, NOI DUNG CUA NGHIÊN CỨU

3.1 Mục đích, phạm vỉ nghiên cứu

3.2 Ý nghĩa của nghiên cứu3.2.1 Ý nghĩa khoa học3.2.2 Ý nghĩa thực tiễn

3.3 Nội dung của nghiên cứu

4 PHAN TÍCH THUC NGHIỆM

4.1 Vật liệu4.1.1 Bê tông

4.7 Thiết lập quan hệ ứng suất bám dính — độ trượt

4.7.1 Tính toán ứng suất bám dính

4.7.2.2 Tính toán độ trượt tương ứng

4.7.1.3 Hồi quy theo công thức Popovic (1973)

2021212121212223232325252836363839444445485157575959

HIEU QUA; XAY DUNG MO HINH VA KIEM CHUNG5.1 Anh hưởng của cường độ bê tông đến chiều dài bám dính hiệu quả5.1.1 Cách xác định chiều dai bám dính hiệu qua

5.1.2 Xác định chiều dai bám dính hiệu quả5.1.3 Xây dựng công thức tính chiều dài bám dính hiệu quả5.1.4 Kiểm chứng công thức dé xuất và so sánh với các công thức hiện có

5.2 Xây dựng mô hình ứng suất bám dính — độ trượt giữa tam FRP và bê tông

5.2.1 Xây dựng mô hình đơn giản

5.2.1.1 Ứng suất bám dính lớn nhất5.2.1.2 Độ trượt tương ứng với ứng suất bám dính lớn nhất5.2.1.3 Tham số n

5.2.2 Xây dựng mô hình tổng quát5.2.2.1 Ứng suất bám dính lớn nhất5.2.2.2 Độ trượt tương ứng với ứng suất bám dính lớn nhất5.2.2.3 Tham số n

5.3 Kiếm chứng công thức đề xuất và so sánh với các công thức hiện có6 KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ

6.1 Kết luận6.2 Kiến nghị7 TÀI LIỆU THAM KHẢO

8 PHỤ LỤC

6666666869697373747475757676777794949596100

Ef max

&0fi!

SeTer⁄

Moduln đàn héi của keoModuln đàn hồi của bê tôngModuln đàn hỏi theo phương sợi của FRPBiến dang cực han của bê tông

Biến dạng lớn nhất trong tam FRPBiến dạng tương ứng với cường độ bê tông ƒˆ,Cường độ chịu nén danh định của mẫu bê tông lăng trụCường độ chịu nén của mẫu bê tông lập phương

Cường độ chịu kéo chẻ của mẫu bê tông lập phươngỨng suất kéo tới hạn của tam FRP

Cường độ chịu kéo của keo

Cường độ chịu kéo chẻ đôi của mẫu bê tông lập phươngModuln đàn hồi cắt của keo

Năng lượng nứt của bê tôngNăng lượng bóc tách

Tham số mềm hóa trong công thức PopovicTải trọng lớn nhất

Pravpred Tải trọng lớn nhất PTHHPmax, exp Tải trong lớn nhất thực nghiệm

nghiệmĐộ trượt tới hạn

Ứng suất tiếp tuyếnỨng suất tiếp lớn nhấtỨng suất tiếp lớn nhất dự đoánỨng suất tiếp lớn nhất theo thực nghiệmBè dày của lớp keo

Bè dày của lớp bê tông ảnh hưởngBè dày của tam FRP

Chuyén dài dán của tam FRPChiều dài dán hiệu quảChiêu đài dán hiệu quả thực nghiệmChiều dài dán hiệu quả dự đoán

BTCTCFRP

DANH MUC CAC CHU VIET TAT

American Concrete Institute

Bê tông cốt thép

Carbon Fibre Reinforced Polymers

Grass Fibre Reinforced Polymers

Comite Euro-International du Beton (CEB) and the FederationInternationale de la Precontrainte

Hệ số biến thiên

The Italian National Research Council

Fiber Reinforced Polymers

Glass Fibre Reinforced Polymers

Gia tri trung binh

Chương 2

Bang 2.1: Tính chất cơ lý của các lớp sợi thủy tnh - - 55s +x+x+e+e£ersesed 3Bang 2.2: Tính chất cơ lý của các lớp sợi các-bon -¿- ¿+ + sex xxx rerersrred 4Bang 2.3: Tính chất cơ lý của chất nÊn - - + 1+3 EEE S1 E211 xxx rrrkg 5

Bang 2.4: So sánh cường độ kéo, modul kéo giữa FRP và thép -. - 6

Chương 4

Bang 4.1: a) Cấp phối bê tông M300, M450 và M900 b) Cường độ chịu nén va

chịu kéo chẻ của các mâu thí nghiỆm - S333 19

Bang 4.2: a) Cac dac trung co hoc cua tâm sợi các-bon Tyfo SCH 41 b) Các đặc

trưng cơ học của tam sợi thủy tinh Tyfo SEH 51A - 5<: 21Bảng 4.3: Cac mẫu thí nghiệm - + E1 3E S2 5111 5111 1 1 11 1 1g 26Bang 4.4: Kết quả thí nghiệm -G- + + E38 E 1E S SE vn tri 38Bang 4.5: a) Biến dạng tâm FRP đối với bêtông cường độ M300 b) Biến dạng tam

FRP đối với bêtông cường độ M450 c) Biến dạng tam FRP đối với

bêtông cường độ \M900U - - S19 11111111 111111111 ng ng 46

Bang 4.6: Kết quả hồi quy các mẫu theo hàm dang Popovic -s-s 5+ 60

Chương 5

Bang 5.1: Các công thức tính chiều dài bám dính hiệu qủa - 67Bang 5.2: Chiều dai bám dính hiệu quả đối với từng nhóm mẫu 68Bang 5.3: Kết qua tính chiều dài bám dính hiệu qua từ công thức dé xuất và các

công thức khác 1210111111011 1011101 10 1 1 111111111 111 1 11v vớ 73

Bang 5.4: Các mô hình tổng quát và đơn giản dé xuất ¿ ¿+ + se se cscsesed 79Bảng 5.5: Kết quả tính ứng suất lớn nhất từ mô hình đề xuất và các mô hình khácBang 5.6: Kết quả tính độ trượt từ mô hình dé xuất và các mô hình khác 86

Chương 2Hình 2.1:

Hình 2.2:

Hình 2.3:

Hình 2.4:Hình 2.5:

Hình 2.6:

Hình 2.7:

Hình 2.8:

Hình 2.9:Hình 2.10:

Hình 2.11:Hình 2.12:

Hình 2.13:

Hình 2.14:Hình 2.15:

Hình 2.16:

Hình 2.17:Hình 2.18:

Hình 2.19:

Hình 2.20:

DANH MỤC HINH VE

Tâm sợi các-bon thÔ - c c1 C11132 11 11H ng ng cv ven 5

Tam sợi các-bon theo phương dọc với các sợi Aramid theo phương

TANG Q nọ cọ tt nà 5

Quan hệ giữa ứng suất - biến dang của vật liệu FRP và thép 6

Các dạng FRP được sử dụng hiện nay 55555555 <<<<<<<sssssss 7Mô hình bám dính trượtt - - c <5 c {SE S11 Y cv ez 7

Một số quan hệ ứng suất bám dính - trượt theo Nakaba và cộng sự

Ø2) aẲÕÃ 8Mô hình thí nghiệm Miller (1999) cecceessecceceeceeeeeeesesseneeeeeeeees 9

Thi nghiệm kéo hai mặt của Nakaba (2001) - - +<<<ssss+2 9

Thí nghiệm kéo của X1ao (20044) T000 1 11111 1 11111 1x re 10Thí nghiệm kéo một mặt cua Yuan (2004) -<<<<<<<<<<+ssss 11

Thi nghiệm kéo một mặt của Yao (2004)) -c << << <<<<<++s+ssss 12Thí nghiệm kéo một mặt của Ferracuti (20044) -< +<+++ 12

Thí nghiệm kéo uốn của Guo (2005) ¿- + sec +E+E++EEeEsrreeees 13

Thí nghiệm kéo của Pellegrino (2007) - << << << <<<<<<++s+s+ssss 14Thí nghiệm kéo hai mặt của Yang (2017) - «<< << <<<<<<+s+ssss 15

Thí nghiệm kéo một mặt cai tiến của Mazzotti (2008) l6

Mô hình bám dính trượt của Ying (2010) -.- 2-22 16Thí nghiệm kéo một mặt của Carrara (201 Ï) -«< << +++++++ L7

a) Mô hình theo tham số mũ, b) Mô hình tam - tuyến tính của Yuan

(2012)

Chiêu đài bám dính hiệu quả xác định từ thí nghiệm của Yang (2007) 19

Hình 4.1:Hình 4.2:

Hình 4.3:

Hình 4.4:Hình 4.5:

Hình 4.6:

Hình 4.7:Hình 4.6:

Hình 4.9:

Hình 4.10:Hình 4.11:

Hình 4.12:Hình 4.13:

Thí nghiệm nén và kéo chẻ bê tông - 55 scss << se 24

Chi tiết mẫu thí nghiệm - ¿2 52 SE E2 ESESEEEeErEEEEEekrk re re 27

Công tác ván KHUON cc c c2 1111111111111 1 11111111 ng ng 28

Công tác d6 bê tôngg - - SE E333 E3 111 11T re 29Các mẫu sau khi đỒ - 6 +s Sẻ SE SE 5151111111151 111111111 1E ce 30Công tác mài làm sạch bề mặt và cưa tạo vết nứt trên mẫu bê tông 3ÌCông tác chuẩn bị tam FRP và pha keo ¿- + 5 sec +z+x+zrcz 32Các mẫu trước khi chuân bị được dán tâm CFRP -cs se c5: 32Công tác dán tam FRP lên bé mặt bê tông - ¿2-2 2 +s+s+ecscsz 33Các mẫu sau khi được lắp đặt tắm CFR.P - -.- -c + n ca cse sec sec sez 34Dán cảm biến (SG) đo biến dang lên tấm CERP - 2-2 2 +x+x: 35Bồ trí thiết bị thí nghiệm - ¿2 + 2E *E#E SE SESEekrkrrrsrrkreee 36Lắp đặt mẫu thí nghiệm và dụng cụ đo đạc 5c s << << <3 37Kiểu phá hoại do bong tách tâm FRP 5-5 s + sE+E++eEeEsrreeees 43a)Quan hệ lực — biến dạng của tâm CFRP, b)Quan hệ lực — biến dạngli NH0) 01 45a)Sự thay đối luc- biến dạng với cùng chiều dai dán 200mm, b)Sự thayđối lưc- biến dạng với cùng chiêu dài dán 250mm, c)Sự thay đổi lưc-biến dang với cùng chiêu dai dán 300mm 5-22 +£+s+szse 47a) Quan hệ lực biến dạng của M300, b) Quan hệ lực biến dạng củaM450, c) Quan hệ lực biến dạng của M900 -. -<+2 50Sơ đỗ bố tri straingauses + + ThS 11T 1511111 ke 51a) Sự phân phối biến dạng trong tam CFRP của mẫu SIC -M300-L200,b) Sự phân phối biến dạng trong tâm CFRP của mẫu SIC -M300-L250,c)Sự phân phối biến dang trong tam CFRP của mẫu SIC -M300-L300

a) Sự phân phối biến dang trong tắm GFRP của mẫu S1G -M300-L200,b) Sự phân phối biến dang trong tam GFRP của mẫu S1G -M300-L250,c)Sự phân phối biến dang trong tâm GFRP của mẫu S1G -M300-L300

a) Sự phân phối biến dang trong tam CFRP của mẫu S2C -M450-L200,b) Sự phân phối biến dang trong tắm CFRP của mẫu S2C —M450-L250,c)Sự phân phối biến dang trong tắm CFRP của mẫu S2C —M450-L300

a) Sự phân phối biến dạng trong tấm GFRP của mẫu S2G -M450-L200,b) Sự phân phối biến dạng trong tam GFRP của mẫu S2G —M450-L250,c)Sự phân phối biến dang trong tâm GFRP của mẫu S2G -M450-L300

a) Sự phân phối biến dang trong tam CFRP của mẫu S3C —M900-L200,b) Sự phân phối biến dang trong tắm CFRP của mẫu S3C —M900-L250,c)Sự phân phối biến dạng trong tam CFRP của mẫu S3C —M900-L300

a) Sự phân phối biến dạng trong tấm GFRP của mẫu S3G —M900-L200,b) Sự phân phối biến dang trong tam GFRP của mẫu S3G —M900-L250,c)Sự phân phối biến dạng trong tâm GFRP của mẫu S3G —M900-L300

¬ 57

Mô hinh tính toán ứng suất bám dính z7 2 2 sc+s+e+ee 58

Mô hình tính toán giá tri dO trưỢt - 5555 << <<<<S*++sssssserersrsrea 59

Ảnh hưởng cường độ bê tông lên tham số z, - 62Ảnh hưởng cường độ bê tông lên tham số s¿, -5 63Anh hưởng chiều dài dan lên tham số r, - 64Anh hưởng chiều dài dan lên tham sỐ s,, - 5-55 s5s 5252: 65

Mỗi quan hỆ g1ữa Œ Và Ù¿, - cc c1 12 S S1 1 111111111111 11111 xe 66

Kiêm chứng độ chính xác của công thức tính +, của mô hình tôngx

quát, mô hình đơn giản, mô hình TQ-Cường (2014) va mô hình Cường (2 Ï.4}) cv vờ 88

DG-Kiểm chứng độ chính xác của công thức tinh +, của mô hình Dai

(2005), Lu(2005) và Savioa (2003) HH HH 89

Kiểm chứng độ chính xác của công thức tinh z„ của mô hình Nakaba

(2001), Guo(2005) và CNR-DT 200 (2013) <<<<<<<+s 90

Kiểm chứng độ chính xác của cong thức tinh sạ của mô hình tong quát,

mô hình đơn giản, mô hình TQ-Cường (2014) và mô hình ÐG-Cường

Kiểm chứng độ chính xác của công thức tinh so của mô hình Dai (2005),

Lu(2005) và Savioa (2003) sccscscsesssessessecssessessucssessuecsecsuscsessuesseceseen 92

Kiêm chứng độ chính xác của công thức tinh sọ của mô hình Nakaba(2001), Guo (2005) và CNR-DT200 (2013) ¿-5c¿2csvzcszzse 93

Chương 1: Đặt vẫn để

CHƯƠNG 1 ĐẶT VAN DE

Hiện nay việc gia cường hay nâng cấp các kết cầu bê tông nhằm làm tăng khả năngchịu tai, khắc phục những hư hỏng có thé gây sụp đồ công trình, hoặc tăng độ dẽodai cho kết câu sử dụng vật liệu “nhựa polymer gia cường sợi” (Fiber ReinforcedPolymers - FRP) đang nỗi lên như một kỹ thuật hiệu qua so với các vật liệu và kỹ

thuật truyền thống nhờ những đặc tính nôi bật của vật liệu FRP như có khối lượng

riêng nhẹ, không bị ăn mòn, có cường độ chịu kéo cao, thi công đơn giản và nhanhchóng.

Hiệu quả gia cường của kỹ thuật này phụ thuộc phan lớn vào ứng xử của tam giacường và bị chi phối mạnh bởi khả năng bám dính của vật liệu FRP với bề mặt kết

(Neubauer và Rostasy, 1999; Nakaba va cộng sự, 2001; Savioa và cộng sự, 2003,Monti và cộng sự, 2003; Dai và cộng sự, 2005; Guo và cộng sự, 2005; Lu và cộngsự, 2005; Zhou va cộng sự, 2010; Biscaia va cộng sự, 2012; Baky và cộng sự,

2012) Một số yếu tố được biết có ảnh hưởng đến khả năng bám dính của tâm FRPnhư chất lượng của kết cầu hiện hữu (nứt hay chưa nứt), chất lượng của vật liệu vàkeo dán tâm FRP (chaJes, Miller va Nani ,1999; Lorenzis và cộng sự ,2001), chiéu

đài bám dính (Taljsten ,1997; Xiao va cộng su ,2004; Yuan va cộng sự, 2004;

Ferracuti và cộng sự, 2004; Carrara va cộng su, 2011), ham lượng cua tam gia

cường (Miller va Nani, 1999; Lorenzis và cộng sự, 2001; Pellegrino va cộng sự,2007) sự tương tác của nó với cường độ bê tông (Nakaba va cộng sự, 2001; Guo

và cộng sự, 2005); và chất lượng thi công (qui trình và chất lượng tay nghề củanhân viên kỹ thuật) Trong các yếu tô trên, yếu tố chiều dài bám dính được xem làyếu tố cơ bản và đóng vai trò quyết định đến khả năng bám dính của tam FRP nhưđã trình bày trong một số các nghiên cứu của (Sato và cộng sự, 1997; Brosens va

Gemert, 1997; Miller và Nanni, 1999; Ueda và cộng sự, 1999; Nakaba va cộng sự,

2001; Ferracuti và cộng sự, 2005, 2008; Dong va cộng sự, 2007) Một số nghiêncứu đã đề xuất công thức tính chiều dài bám dính hiệu quả (Neubauer và Rostasy,

1999; Chen and Teng, 2001; Lorenzis và cộng sự ,2001; Kanakubo và cộng sự,

2003) và một số tiêu chuẩn hướng dẫn (ACI 440.2R, 2008; CNR-DT 200-2013) đãcho thay cường độ bê tông có ảnh hưởng đáng kế đến biến dạng và chiều dài bám

dính hiệu quả của tấm FRP Tuy nhiên chiều dài bám dính hiệu quả từ các côngthức tính cho kết quả nhỏ hơn rất nhiều so với chiều dài bám dính hiệu quả từ thựcnghiệm và theo tiêu chuân CNR-DT 200-2013 Thực tế này cho thấy rất cần cóthêm nhiều nghiên cứu thực nghiệm mới dé có thé giúp làm sáng tỏ hon van đề vừanéu.

Cho đến thời điểm hiện tai, qui luật bám dính giữa tam gia cường FRP và bê tôngvẫn chưa được rõ ràng và vì vậy chưa được công bồ chính thức trong các hướng dẫnhay tiêu chuẩn thiết kế Vì vậy, việc xây dựng được một qui luật bám dính - trượthợp lý giữa tắm gia cường FRP và bê tông có xét đến ảnh hưởng của cường độ bêtông và chiều dài dán sẽ giúp cho việc phân tích và tính toán trên kết câu gia cườngtrở nên chính xác hơn và đồng thời đảm bảo được tính kinh tế

Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố chiều dài đán tam FRP, cường độ bê tôngvà độ cứng tam FRP đến ứng xử bám dính trượt của tam FRP và bê tông có cườngđộ chịu nén thay đôi từ 30 đến 90 MPa Một chương trình thực nghiệm được tiếnhành trên 18 mẫu với bê tông có cường độ thay đổi như đã đề cập với 3 chiêu daidán của tâm FRP khác nhau lần lượt 200, 250 và 300 mm Các loại tam FRP đượcsử dụng trong chương trình thực nghiệm gồm tâm sợi các bon (CFRP) và sợi thủytinh (GFRP) Dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm và các nghiên cứu hiện có,tác gia dé xuất một mô hình bám dính giữa tim FRP và bê tông, và công thức tinhchiều dài bám dính hiệu quả Mô hình và công thức này sẽ được kiểm chứng vớimột số mô hình và công thức hiện có trong các nghiên cứu của các tác gia Sau đó,tính hợp lý của một số mô hình và công thức đề xuất được kiểm chứng thông quamột thư viện dữ liệu thực nghiệm đủ rộng và tổng quát Mức độ chính xác của một

sô mô hình và công thức được so sánh với một sô các mô hình tiêu biêu hiện có.

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu

CHƯƠNG 2 TONG QUAN NGHIÊN CỨU

2.1 Sơ lược về vật liệu FRP

FRP là vật liệu liên hợp câu tạo từ 2 phân chính vật liệu nên (chât nên — polymer)và vật liệu côt (sợi — fiber) Chat nên có chức năng liên két các sợi, phân phôi lựcđông đêu giữa các sợi và bảo vệ các sợi khỏi sự xâm thực của các tác động bât lợitừ môi trường Soi có chức năng gia cường, là phân chịu lực chính của vật liệu FRP.

Vật liệu sợi gôm hàng ngàn sợi nhỏ (đường kính khoảng vài ym); các sợi liên tụcvới chiều dài không giới hạn thường dùng trong kết câu xây dựng còn các sợi ngăn(chiều dai 10— 50w: ) thường dùng để phủ lên tàu thủy Soi chiếm tỷ lệ lớn về khốilượng trong FRP hon so với vật liệu nền (khoảng 60~70%) Các tính chất cơ học đac trưng cua soi đều tốt hơn chat nên Tuy nhiên, sợi không thể sử dụng độc lậpđược mà phải sử dụng chung với chất nền để có thê phát huy các đặc tính tốt củanó Vật liệu sợi gôm 3 loại chính: sợi thủy tinh; sợi các-bon; và sợi aramid Ngoài

ra, còn có các loại sợi khác như UHMW (ultrahigh-molecular-weight), PVA(polyvinyl alcohol).

Soi thủy tinh có thành phan chủ yếu là SiO, (chiếm 50%-70% về khối lượng FRP)gôm các loại sợi: E, A, C, AR, S có đường kính ¢=3-—24um (thường là 17um) vớicác tính chất vật lý như có màu trắng sáng hoặc màu mắt rắn; được sản xuất ở nhiệtđộ khoảng 1400°C với một lớp bề mặt (gọi là sizing); sợi thủy tinh cách điện, cach

nhiệt rất tốt, không quá đắt; tuy nhiên có một số nhược điểm như bị xâm thực trong

môi trường muối, kiềm; bị mỏi khi tải trọng đạt > 60% tải trọng tới hạn Về tính chấtcơ học, sợi thủy tinh là vật liệu đăng hướng Tính chất cơ học của sợi được tổng hợp

trong Bảng 2.1 (Bank, 2006).

Bảng 2.1: Tinh chất cơ lý của các lớp sợi thủy tinh

Loại sợi thủy Khối lượng Module dan | Cường độ chịu | Biến dạng tối

tinh riêng (g/cm’) | hồi kéo (GPa) | kéo (MPa) đa (%)

E 2.57 72.5 3400 2.5A 2.46 73 2760 2.5C 2.46 74 2350 2.5S 2.47 88 4600 3

Soi các-bon thường được dùng trong các ứng dụng của kỹ thuật công trình dưới

dạng là các tâm đan, đệt, các day, dây gan gom các lớp soi: SM (standard modulus),

IM (intermediate modulus), HS (high strength), UHM (ultrahigh modulus) có

đường kính ¢=5-10um với các tinh chat vật lý như có màu đen; được sản xuất ởnhiệt độ cao khoảng 1200—2400°C cũng có một lớp bề mặt như sợi thủy tinh; sợicác-bon không bị xâm thực bởi môi trường; có hệ số giản nở do nhiệt theo chiều

dọc rất thấp, hầu như không có; tuy nhiên có một số nhược điềm như sợi các-bon

dẫn điện và dẫn nhiệt; đồng thời giá thành cao Tính chất cơ học của sợi được tổng

Ultrahigh

2.1 800 2400 0.2modulus

Soi Aramid được dùng dé quan cột, hoặc tao thành lớp áo ở bên ngoài kết cấu vớicác tính chất vật lý như có màu vàng: hệ số giản nở do nhiệt theo chiêu dọc hầu nhưkhông có; khá nhẹ với khối lượng riêng 1.4g/cø” tuy nhiên sợi Aramid có một sốnhược điểm như nhiệt độ nóng chảy thập (khoảng 425°C); giá thành cao; độ hút âmcao (khoảng 6% về trọng lượng) Về tính chất cơ học, sợi Aramid rất bên, phụthuộc vào loại của sợi thì cường độ khoảng 3400—4100(A⁄Pa) với module đàn hồi

khoảng 70.000—125.000(GPa).

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu

Hình 2.1: Tam sợi các-bon thô Hình 2.2: Tắm sợi các-bon theo phương

đọc với các sợi Aramid theo phương

ngang

Tính chất cơ lý của vật liệu nên (Polymer): có độ rỗng <1%; nhiệt độ sử dụng

<180°C, khi nhiệt độ sử dụng cao hơn nhiệt độ nóng chảy thì cường độ và module

của chất nên lẫn FRP đều giảm, chất nền trở nên gion va xuất hiện nhiều vết nút;chất nền không có khả năng chống cháy; không bị xâm thực bởi môi trường Gồm 5loại chất nền chính: Polyester, Exposy, Vinylester, Phenolic, Polyurethane Ngoàira, còn có các lại chất nền khác như: PET, Polypropylene, nylon Vé tính chất cơhọc, chất nên là vật liệu đăng hướng Các tính chất cơ học đặc trưng của chất nền

được trình bày trong Bảng 2.3 (Bank, 2006).

Bang 2.3: Tính chat cơ lý của chat nền

Khối lượng | Moduleđàn | Cường độ chịu | Biến dạng tối

Chất nên riêng hồi kéo kéo đa

g/cm GPa MPa %

Polyester 1.2 4 65 2.5Epoxy 1.2 3 90 8Vinylester 1.12 3.5 82 6Phenolic 1.24 2.5 40 1.8Polyurethane - 2.9 71 5.9

Bảng 2.4: So sánh cường độ kéo, modul kéo giữa FRP và thépVật liệu Cường độ kéo(MPa) Modul kéo (MPa)Carbon-Epoxy strip(SM) 2.690-2.800 155.000-165.000Carbon-Epoxy strip(HM) 1.290 300.000

Glass-Epoxy strip 900 41.000Carbon-Vinylester 2.070 131.000Carbon tow sheet(SM) 3.790 230.00Carbon tow sheet(HM) 3.520 370.000

Glass farbic 1.520-3.240 72.000Carbon fabric 3.500 230.000

AI 225 21.000All 280 21.000AI 365 20.000AIV 510 19.000

Carbon HS6000 —

Hình 2.3 Quan hệ giữa ứng suất - bién dạng của vật liệu FRP và thép

Đề tạo ra vật liệu FRP có hai phương pháp chính: phương pháp Pultrusion sản xuấttại nhà máy và phương pháp Hand layup sản xuất tại công trình Với phương phápPultrusion, sản xuất ra các sản phẩm FRP dạng thanh, dãy, bar, sợi Với phươngpháp Hand Layup, sợi khô sẽ được tam keo rồi dán lên bẻ mặt kết câu; lúc đó keovừa là chất nên trong FRP vừa là chất kết dính FRP và bề mặt kết câu

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu

a) (b) (d) (c)

Hình 2.4 Các dang FRP được sử dung hiện nay: (a) tắm; (b) cuộn; (c) thanh; (đ) dạng chế

tạo săn; (e) dạng băng2.2 Tong quan mô hình bám dính (bond stress-slip relationship)Bám dính là thuật ngữ dùng để chỉ sự tương tác và chuyên giao lực giữa tâm FRPvà bê tông, là yếu tố cơ ban đảm bảo sự làm việc chung giữa bê tông và tâm FRP.Nhờ nó ứng suất có thé truyền qua lại giữa bê tông và FRP, đồng thời làm chochúng làm việc cùng nhau Luc bám dính giữa bê tong và tam FRP quyết định đếnhiệu quả gia cường của tâm FRP và vì vậy ảnh hưởng mạnh đến ứng xử và khảnăng chịu lực của kết cấu Sự làm việc chung giữa tâm FRP và bê tông có thể miêu

tả qua Hình 2.5.

FRP Sone

x

Ø/(Xì — ke SSSR SSeS at Ox) +dar(x)sree

a(x) “7 Concrete F> s.(x)+daz.(x)

Một số quan hệ bám dính — trượt giữa tắm FRP và bê tông đơn giản thường được sửdụng trong phân tích và tính toán trước đây như đơn tuyến tính, song tuyến tính vàmềm hóa (Nakaba và cộng sự, 2001) được thé hiện trên Hình 2.6.

Bond stress Bond stress

Ậ (a) Cut off type Ậ (b) Bilinear type

Slip Slip

Bond stress

Ậ (c) Tesile softening type

>>Slip

Hình 2.6: Một số quan hệ ứng suất bam dính — trượt theo Nakaba và cộng sự (2001)Các yếu tố ảnh hưởng đến quan hệ ứng suất bám dính — trượt của tắm FRP với bê

tông có thê kê gồm: loại tâm; cường độ bê tông; hàm lượng tâm; chiều dài và bé

Miller và Nani (1999), Lorenzis và cộng sự (2001) khảo sát ảnh hưởng của cường

độ bê tông (47.2MPa, 40.7 MPa và 24.5 MPa), chiều dài bám dính (101mm,203mm và 305mm) và chiều dày tam CFRP (0.16mm va 0.32mm) đến kha năngbám dính của tấm Chương trình thực nghiệm được tiến hành trên 18 mẫu (Hình2.5) Kết qua cho thay chiều dài bám dính, cường độ bê tông và bê rộng tam không

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu

ảnh hưởng đến tai trong phá hoại, tuy nhiên, chiều dày tam CFRP anh hưởng đến taitrọng phá hoại Sự phá hoại xảy ra ở bề mặt bê tông và keo Tăng số lớp gia cường

làm tăng cường độ bám dính nhưng nó không tỉ lệ thuận với nhau.

an 2” (Both Sides) Hinge

Hình 2.7 Mô hình thí nghiệm (1 inch=25,4mm)

Nakaba và cộng sự (2001) khảo sát ảnh hưởng của loại tâm và cường độ bê tôngđến khả năng bám dính của tắm FRP trên 36 mẫu bê tông Các tham số khảo sátgôm 3 loại tâm (tâm cac-bon tiêu chuẩn, cac-bon độ cứng cao va tam aramid) va 4loại cường độ bê tông (23.8MPa, 47.1MPa, 50.9MPa và 57.6MPa Tác giả kết luận:(a) tải trọng tối đa tăng khi độ cứng của FRP tăng: (b) cường độ bám dính không bịảnh hưởng bởi loại tâm FRP, nhưng tăng lên khi cường độ bê tông tăng

6 00300

Santos và cộng sự (2003) nghiên cứu ứng xử kéo trượt của tâm CFRP trên mẫu bêtông trụ tròn Số lượng mẫu thí nghiệm là 7 Các tham số nghiên cứu gồm bẻ rộngtâm (20mm, 40mm, 60mm và 80mm) và chiều dài dán (25mm, 50mm, 75mm và100mm) Kết quả cho thấy khi bẻ rộng và chiêu dài dán nhỏ hơn một giá trị tối thiêuthì tỉ số giữa tai trọng lớn nhất với bê rộng và chiều dài dán là hang số.

Xiao và cộng sự (2004) tiễn hành 2 thí nghiệm với sơ dé thí nghiệm kéo hai mặt vàkéo uốn mẫu bê tông cốt thép gia cường tâm GFRP Tác gia cho rang chiều dai danảnh hưởng là khoảng 100mm, ứng suất tiếp phân phối trong tâm là không đều và

gia tri trung bình là khoảng 1.287MPa.

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu

Yuan và cộng sự (2004) khảo sát thực nghiệm kết hợp với mô phỏng số để đánhgiá ảnh hưởng của chiêu dài dán tam gia cường CFRP đến cường độ bám dính củatâm Mô hình thí nghiệm được thé hiện qua Hình 2.10 Tắm CFRP có chiêu dày =0.165 mm, bề rộng = 25 mm, mô đun đàn hồi khi kéo = 256 GPa Mẫu bê tông cókích thước 150 x 150 x 190 mm Cường độ bê tông = 29 MPa và mô đun đàn hồi =

28.6 GPa.

(a)adhesive —— t

\ {

concrete prism

be bp plate

L

Hình 2.10: Thí nghiệm kéo một mat cua Yuan (2004)

Kết quả nghiên cứu cho thay tải trọng Pmax tăng dan theo chiều dài dán tâm giacường nhưng khi đạt đến một chiều dài dán hiệu quả thì tải trọng cuối cùng Pmaxhau như không đổi

Yao và cộng sự (2004) thực hiện thí nghiệm 72 mẫu kéo một mặt Các tham sốnghiên cứu gồm cường độ bê tông (18.9 đến 27.1MPa), bề rộng mẫu bê tông (100và 150mm), ảnh hưởng của chiều cao tự do của mẫu bê tông (chiều cao h, như trênHình 2.11) (5-120mm), bề rộng tam FRP (25-100mm), loại tắm (CFRP và GFRP)và chiêu dai bám dính (75-240mm) Tác giả đề xuất lay thí nghiệm kéo một mặt làthí nghiệm tiêu chuẩn về ứng xử bám dính với chiều dài bám dính bằng 2 lần chiềudài ảnh hưởng của Chen và Teng (2001); chiều cao mẫu bê tông hợp lý là 150mm;trong đó, chiều cao tự do của mẫu bê tông là 50mm

hy Far end

⁄ 7

ERP

h Concrete Far end

350 | 350+ »* + = >

Hình 2.11: Thí nghiệm kéo một mặt cua Yao (2004)

Ferracuti và cộng sự (2004) khao sát ứng xử bám dính của tắm CFRP với chiềudai dán tam ban đầu thay đổi lần lượt 50, 100, 200, 400 mm Kích thước hình họccủa tam 50 x 1.2mm Tam có cường độ kéo đứt 2200 MPa, mô đun đàn hồi Ep =165GPa Cường độ chịu nén bê tông = 52,6 MPa Kích thước mẫu thí nghiệm

150x200x600 mm Hình 2.12: Mô hình thí nghiệm kéo một mặt Ferracuti (2004)

Kết quả thực nghiệm và mô phỏng số cho thấy cường độ bám dính tăng khi chiềudài dán tam FRP tăng

Hình 2.12: Thi nghiệm kéo một mat Ferracuti (2004)

Guo và cộng sự (2005) thực nghiệm trên 9 mẫu theo phương pháp kéo uốn Cáctham số nghiên cứu là cường độ bê tông (33MPa và 43MPa) và chiều dài bám dính(80, 100, 120, 160, 200mm) Kết quả cho thấy cường độ bám dính không bị ảnhhưởng bởi chiều dài bám dính tuy nhiên nó lại ty lệ thuận với cường độ bê tông

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu

Ỷ

= Saw cut5 ŒFRP strips

2

3

; bond length 20mm 20mm band length

= a ————— Latin wide unbonded

Hình 2.13: Thí nghiệm kéo uốn của Guo (2005)Pellegrino và cộng sự (2007) thực hiện thí nghiệm trên 16 mẫu kéo hai mặt và 23mẫu kéo uốn Các tham số trong nghiên cứu là cường độ bê tông (63MPa và58MPa), loại tâm CFRP (C1 và C5 có mô-đun đàn hồi khác nhau), hàm lượngtâm (1-4 lớp, mỗi lớp dày 0.165mm) và chiều dài bám dính (65-136mm) Qua đó,tác gid đề xuất công thức tính chiều dài bám dính hiệu quá, ứng suất bám dính lớnnhất, độ trượt tương ứng và độ trượt tới hạn

Hình 2.14: Thí nghiệm kéo của Pellegrino (2007)

Dong va cộng sự (2007) tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài dán tamCFRP đối với ứng xử quan hệ bám dính với các chiêu dai dán tắm CFRP lần lượt là:100, 150, 200, 250 mm và bé rộng tắm CFRP là: 50 mm Tam CFRP có bề day tp =1,3mm, mođun đàn hồi E,= 173000 MPa, lớp keo dan có modun dan hồi E,=1500~3500 MPa Khao sát thực nghiệm 8 mau betông có kích thước 100x100x300mm chia lam 2 nhóm với cường độ chịu nén bê tông lần lượt là fen= 21Mpa và 28MPa Thi nghiệm được tién hành kéo 2 đầu và việc bố trí các strain gauges được bố

HH Ex eee > Pk LPLPESEPE PE PLPTOT ELST ST Oe ET PIE -©TES eRe De bee hee Ppa LP 7 LLELEEELEPIS DEP E SSL D SL SDS be ba DSSESS PLES SEPGES MSPS LPS MPS Pol 4 PSPSPS PP Pe PE PSP Se Sd tel ie Soe elmy: Co? Bộ Yxị oe <4 1< r © @.@ ee 4 eLry.e-¢@ Nd) 34 teh a a” BA xh ed al Bd eT 4° ~* *

2120191220601 fa#fttC<ttrHetH.: | PSs

TT `“ ee oe nee —*+ 4 ˆ inet TỔ Pe hố rẻ hằh

SPELT ERE hes * ¬ S922 Q92°0oS0%Ố

Po°ø3.°,°.°9 9°, ý $ ý ppọẹ i“(“‘é ‘a é‘édr SC CaS eet fete

NA, le toc? s eth vs eek (3 1 01.——-——— - -. : l6 Vg 9 6e 6e s6 Vet'sSIE Se ee See: ——————— egigwpegreee SREE PEE SE SELES PEEPS, oto “+ S1 q16o 6o oto PSPS PEPE 9g 9g,09669Q@09SẠ9gpeered 9690999006959G9G,9.29%,9,9Á9,9Q CEE SS H e94949,9,9,9/9,9,96,0,9,9,9Q9,9 sseT ee et IK eS) be BY -#Ø - * * > 24 > KP? se De Pe 4 DS PS PB YS eSTPE PERE? 9212 q2 ae VIE 774 SRELTLILELSESLILILINER IAoe edt i hee et | eee ee ee se eS Se eee ae ee Sun Bude? oa *% cư

boad Length}: >: - - - -' RE U12 0NWGN S2(2Á Â CC À | LLQÀ ỘỒỘỒỘỒỘỒỘỒCcCcCcCcChẪ7.Í.ÍẼỗẼỀẼỀ CR et OC OS

etetatet el? ? aS ý eee 342221:

Wem |-;-.‹;:-:-: [ee ee ———°ett1$ss9SE Se 6y rere © ed Pee re re ¬ s1 na xnxx eter’.

Sha Sa ba Da be 2h Be Go* sto “te « ‘ie 6 » * * * ”, sa “sa oe * “”w gu eo * * * *

——— T— ——————r———————————————POP re PG Tt LAP, + * * « * ‘ Hải - * « * ` + « * * M `

V*o°g®o®o®°vPo°%¿®°414%,9491,9, 4 k Bh ote ote tate t ott state e tet eto et ete

° ° _~ oss 4 ca —A — me a ˆ^——4—+ ———_^——A—->^ -_ 4 _@& _@ 4 4 3A ma AC CA CA CA « `

* ‘

of

bond Length}: : ; ( + ¿ 4 ¿ 4 + ++25 cm of Sw weet ew woe cv e-bdtoeove—oe-e—-e.co—ve—e—vse—e-e-e—-e-e—e—-e2 2 °

a ba ba bet ae) a ee ee Pe be x be > Ce Fe lb sa ae e ae ones s (+1 2S 22c (v2SA Se CV ee et tư et ee lvớ VỤÃ n4 sử y [ấp quán | r3 & Sani F3 ——‹ 4 pw ae ee T ——Íớ—

a) Các chiêu dài dán

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu

—

oe Ƒ FRPPlate

b) B6 tri thi nghiém va thiét bi do

Hinh 2.15: Thi nghiém kéo hai mat Yang (2007)

Từ kết qua nghiên cứu có thé rút ra các kết luận sau: (a) tai trọng tăng dần cho đếnkhi đạt được tải trọng tối đa với chiều dai dan nhất định được ước tính bằng cách sửdụng phân tích hồi quy tuyến tính (b) Chiều dài dán tam FRP hiệu qua xấp xi bang200mm (c) Ứng suất bám dính với chiều dài dán lớn hơn 200 mm có thể được ướctính bằng cách sử dụng phương trình cơ bản cho ứng suất bám dính và trượt:

tbi(x)=Eshb; + 2c; x),

8; (x) = Šii@&) + H7 (a; 1bx + cx?)dx

Mazzotti va cộng sự (2008) thực hiện thí nghiệm trên 10 mau theo phương phápkéo một mặt cải tiễn (2 mẫu cho một trường hợp) Tham số trong nghiên cứu gồmloại tam CFRP (loại vải day 0.13mm và loại tâm dày 1.2mm) và công tác chuẩn bịbề mặt (phun cát, mài kiểu 1 và mài kiểu 2 với loại đá mài khác) Thí nghiệm kéocải tiến mới được dé xuất này cho thấy sự bóc tách ôn định Yếu tố sự chuẩn bị bềmặt cũng ảnh hưởng đến keo và năng lượng bóc tách trong quy luật bề mặt

CFRP plate/sheet

&0x1 2/013 mm

Clamping area x=0U Loud cell

Adhestve < b` Simm

4 ye E t b ` 2 ^ ^ Lá 2? A ` ^ ^

tham sô ø với o= _— là tỉ lệ độ cứng của tâm FRP và bê tông.

í

¿ ằ€ €

Analytical result with p =0.6%

Bond stress (MPa) +

0 Y T Y T Y T Y T k T k 1

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6

Slip (mm)

Hinh 2.17: Mo hinh bam dinh truot cua Ying (2010)

Kết qua phân tích cho thay mối quan hệ bám dính trượt không thay đổi khi chiềudài dan L lớn hơn chiêu dai dán hiệu quả L,

Carrara và cộng sự (2011) thực hiện 13 thí nghiệm kéo một mặt Tham số nghiêncứu là chiêu dài đán (30, 60, 90, 120, 150mm) Tác giả bé trí các thiết bị đo biếndạng, chuyên vị trong bề mặt và ngoài bề mặt của tam Kết qua cho thay những sựkhác biệt về chiều dài bám dính Yếu tô này được xem xét dé kiểm tra ảnh hưởngcủa nó lên dạng phá hoại; với chiều đài bám dính nhỏ thì dạng phá hoại không ở

mode II.

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu

Hình 2.18: Thí nghiệm kéo một mặt của Carrara (2011)

Yuan và cộng sự (2012) tiến hành phân tích quá trình bám dính — trượt với 2 môhình là: mô hình hàm số mũ và mô hình tam - tuyến tính Các tác giả tính toán các

giai đoạn cua từng mô theo Hình 2.19.

é

0 ad ổ 0 ao, ' 6, él i f

Hình 2.19a: Mô hình theo hàm số mũ Hình 2.19b: Mô hình tam- tuyến tínhSử dụng các tính chất vật liệu và các thông số hình được lựa chọn như sau: TâmFRP có bề dày tâm tp = 1,4 mm, bé rong tam bp = 30 mm, be tong có kích thước tc= 200 mm, be = 200 mm; modun đàn héi của tâm FRp và bê tông của Ep = 152,2Gpa, Ec = 32,5 Gpa voi cac chiều dai dan tắm là 50mm, 100mm, 170mm, 200mmdé tién hanh m6 phong

Kết luận được rút ra qua hai mô hình bám dính là trong mô hình tri-tuyén tính, khichiều dai dán nhỏ, tai trọng cuối cùng tăng lên nhanh chóng với chiêu dài dán Khichiều dài dan lớn, tai trọng tôi đa Pmax về cơ bản không thay đối Trong mô hình

theo cap số nhân, khi chiêu dai dán nhỏ, xu hướng tương tự như mô hình tam-tuyéntính, nhưng tai cuối cùng của nó là nhỏ hơn hình tri-tuyén tính Cả hai mô hình cótải tôi đa Pmax khi chiêu dai dán băng chiều dài dán hiệu qua.

2.4 Các yếu tố ảnh hưởng và công thức tính chiều dài bám dính hiệu quả L„:Jonhon va Tait (1981) Kết qua thí nghiệm cho thay tỷ lệ chiều dai đán của tam vàso với chiêu dai mẫu bê tông là từ 0.7-0.8 cho hiệu qua gia cường tốt nhất, theo đó,tác gid dé xuất thiết kế mẫu thí nghiệm theo tỉ lệ 0.8

Taljsten (1997) không đề xuất chiều dài bám dính tới hạn nhưng khăng định chiềudài neo của tắm lớn hơn chiều dài ảnh hưởng (300mm) cũng không làm tăng khảnăng bám dính của tam

Nakaba và cộng sự (2001) đề xuất chiêu dài bám dính hiệu quả phụ thuộc vào độcứng tâm FRP

Chen and Teng (2001) đẻ xuất chiều dài bám dính hiệu quả phụ thuộc vào cườngđộ bê tông va độ cứng tâm FRP với công thức dé xuất:

L, = Wa (2.1)

Với E,, là mô dun dan hồi của tam FRP; ¿„ là chiều dày tam FRP; f là cường độ

bê tông.

Yao và cộng sự (2004) đề xuất chiều dài bám dính bang 2 lần chiều dài ảnh hưởng

của Chen và Teng (2001)

Xiao và cộng sự (2004) cho rằng chiều dai dán ảnh hưởng là khoáng 100mmDong và cộng sự (2007) đề xuất chiều dài dán tấm FRP hiệu quả xấp xỉ bằng200mm từ kết quả thí nghiệm

Chương 2: Tổng quan nghiên cứu

10.0

Efective Bond Length*04œn

s6 + :0 ‹ lô 15 20 25 10 1s

iso

lG@cm, 15 0k9

YYt+ecttvwe Pend leneoth

19 anl0 Ø _ eo - 4

0 s lọ 15 0 35 so M

Bond Length (an)

b) Chiều dai bám dính hiệu qua đối với bê tong có cường độ 28MpaHình 2.20: Chiều dai bám dính hiệu qua xác định từ thí nghiệm của Yang (2007)Sato và cộng sự (2005) dé xuất công thức chiều dai dán tam FRP hiệu quả từ mốiquan hệ biến dạng

_ A 2.2

°C) © exp(L48(—x))(Pạ„— P) “

P

1 A P _-PL-x =— (In(— —- ÌI)-Ìn(—"—— 2.3

L,=x,-x,=(L-x,)-(L-x,)= 2 (n(L*#) - V“Zzz (nL +») (2.4)AB ‘l—a BIG, l—-a

Trong đó các tham số được tinh toán:B= 6.846(E,t,}"°(G,/1,)°* (2.5)G, = 0.446(G, It.) 0.352 for (Et, por (2.6)Chiều dai dán hiệu quả mà tại đó vùng ứng suất cắt dat giá trị ảnh hưởng nhat,duoc

sản xuât tại công trình và 0.023 với FRP sản xuât tại nhà máy.

Chương 3: Mục tiêu ý nghĩa nội dung

CHƯƠNG 3 MỤC TIỂU, Ý NGHĨA VA NỘI DUNG

3.1 Mục tiêu

Dựa vào các kết qua đã trình bày trong phan tổng quan, dé tài đề xuất các mục tiêu

nghiên cứu chính như sau:

= Phân tích thực nghiệm ảnh hưởng tương tác của chiều dài dán tâm gia cườngCFRP và GFRP và cường độ bê tông đến ứng xử bám dính - trượt của tam

gia cường và bê tong;

= Xác định ảnh hưởng của cường độ bê tông đến chiều dài bám dính hiệu quacủa tâm gia cường CFRP và GERP;

= Xây dựng một mô hình bám dính - trượt của bê tông và tam gia cường đơngiản phục vụ cho công tác phân tích, thiết kế và mô phỏng số kết cầu bê tôngcốt thép gia cường tam FRP

3.2 Ý nghĩa của nghiên cứu3.2.1 Ý nghĩa khoa hocỨng xử bám dính-trượt giữa bê tông và tắm FRP quyết định đến hiệu quả gia cườngcủa tam FRP và vì vậy anh hưởng mạnh đến ứng xử va khả năng chịu lực của kếtcầu bê tông gia cường tam FRP Các nghiên cứu đã có, mặc dù chưa được thôngnhất, cũng đã chỉ ra răng, cường độ bê tông có ảnh hưởng đáng ké đến chiều daibám dính hiệu quả và khả năng bám dính của tam FRP Trong bối cảnh sự tương tácgiữa cường độ bê tông và chiều dài bám dính ban đầu của tam FRP trong các thinghiệm có ảnh hưởng như thé nào đến quan hệ ứng suất bám dính — trượt của chúngchưa được rõ ràng và mô hình ứng suất bám dính - trượt của tam gia cường FRP vàbê tông vẫn còn chưa được xây dựng thành qui luật thông nhất, kết qua từ nghiêncứu này góp phần cung cấp thêm các dữ liệu thực nghiệm quí giá để làm sáng tỏhơn về các vẫn đề vừa nêu

3.2.2 Y nghĩa thực tiễnGan đây, phương pháp gia cường sử dung vật liệu FRP nhận được rất nhiều sự quantâm của cộng đồng các kỹ sư xây dựng ở Việt Nam và được đánh giá là một giảipháp kỹ thuật gia cường hiệu quả so với các kỹ thuật truyền thống nhờ vào các đặc

tính cơ học tốt của vật liệu FRP, phương pháp thi công đơn giản và khả năng ápdụng cho mọi điều kiện thi công của kỹ thuật này Các công trình áp dụng phươngpháp gia cường bằng vật liệu FRP ở Việt Nam hiện nay rat đa dạng từ các côngtrình dan dụng (chung cư, siêu thi, cao ốc văn phòng và nhà ở) cho đến các côngtrình giao thông (cầu) và công nghiệp (nhà xưởng ) và do thiếu tiêu chuẩn thiết kếnội địa nên hầu hết các công trình này đều được thiết kế gia cường dựa trên tiêuchuẩn Hoa Ky (ACI 440.2R, 2008) Thực tế này đã phan nào làm cho các kỹ sưViệt Nam trở nên lúng túng và bị động, dẫn đến kết quả thiết kế chưa được chắcchăn, hợp lý và quá thiên về an toàn Kết quả từ nghiên cứu này có thê cung cấp chocộng đồng kỹ sư xây dựng Việt Nam một cái nhìn rõ ràng hơn về cơ chế làm việccơ ban (cơ chế bám dính) giữa tâm gia cường FRP và bê tông, từ đó có thé giúp chohọ tự tin hơn trong thiết kế và bảo đảm tính kinh tế trong thiết kế của mình.

3.3 Nội dung của nghiên cứu

Đề đạt được các mục tiêu nghiên cứu đã dé xuất ở trên, dé tài tiến hành thực hiện

các nội dung chính như sau:

(a) xây dựng chương trình thực nghiệm trên 18 mẫu để khảo sát và phân tíchứng xử bám dính-trượt giữa bê tông và tam FRP Cường độ chịu nén của bêtông trong các mẫu được thay đôi lần lượt 30, 45, 90 MPa với các chiều dàidan tắm FRP (chiều dai bám dính ban dau) là 200, 250, 300 mm Loại tâm

khảo sát là CFRP và GFRP;

(b) khảo sát ảnh hưởng của cường độ bê tông và chiều dài bám dính ban đầu đếncường độ bám dính và quan hệ ứng suất bám dính - trượt của tam FRP với bêtông:

(c) xác định chiều dài bám dính hiệu qua của tâm;(d) xây dựng mô hình bam dinh-truot giữa tim FRP và bê tông dựa trên kết quả

thí nghiệm ở mục (a);

Chương 4: Phan tích thực nghiệm

CHƯƠNG 4 : PHAN TÍCH THỰC NGHIEM

4.1 Vật liệu4.1.1 Bê tông

Bê tông của mẫu thử có cường độ chịu nén trung bình là 30, 45 và 90 MPa Cấp phối chỉtiết của bê tông được trình bay trong Bảng 4.1.a Cường độ chịu nén foc exe và kéo chẻƒsspcu Của bê tông được xác định thông qua kết quả nén mẫu lập phương

150x150x150mm được thé hiện ở Bảng 4.1.b

Bảng 4.1.a: Cấp phối bê tông M300, M450 và M900` À or Khôi lượng /m'Thành phần Mô tả M300 M450 M900Xi măng Holcim PC40 315 kg 538 kg 577 kgDa 1x2 (Binh Duong) Dynax = 20mm 1130 kg 1386 kg -Da 5-10 (Binh Duong) Dimax = 5-10mm - - 450 kgĐá 10-20 (Bình Duong) | Dmax = 5-10mm - - 680 kg

Da nghién (Binh Duong) - - 506 kg

Cát vàng (Đông Nai) Ma= 2 896 kg 703 kg 216 kg

Nước Nước sinh hoạt 156 kg 156 kg 151 litPhu gia (Sika) Sikament 2000AT 3 lit 5.3 lit -Phu gia siêu dẻo (BASF) | Glenium 6013 - - 7.81 lit

Độ sụt 10 12cm 9 10cm Mỗi cấp cường độ chịu nén bê tông lấy 06 mẫu gồm 3 mẫu nén và 03 mẫu kéo chẻ Cácmẫu được lây ở các mẻ trộn khác để đảm bảo sự đồng nhất về cường độ và được tiễnhành thí nghiệm theo tiêu chuân TCVN 4453 (1995) (Hình 4.1)

-Bảng 4.1.b: Cường độ chịu nén và chịu kéo chẻ của các mau thí nghiệm

Kí hiệu mẫu thí nghiệm

Nhóm 1 (fe.cube= 31 MPa) 1 2 3 Trung binh (MPa)

Cuong độ chịu nén 29.6 31.3 32.2 31.0

Cường độ chịu kéo chẻ 3.4 3.5 3.9 3.6Nhóm 2 (fe.cube= 42 MPa) 1 2 3 Trung binh (MPa)

Cuong độ chịu nén 38 43.5 45.1 42.2Cường độ chịu kéo che 4.1 4.5 5.1 4.6

Nhóm 3 (fe.cube= 92 MPa) 1 2 3 Trung binh (MPa)

Cường độ chịu nén 89.6 89.6 99 92.7Cường độ chịu kéo chẻ 9.8 10.9 13.5 11.4

(b) Kiểu phá hoại do nén và do kéo ché

Hình 4.1: Thí nghiệm nén và kéo chẻ bê tông