(Luận Án Tiến Sĩ Kỹ Thuật) Nghiên Cứu Ứng Dụng Vật Liệu Có Cấu Trúc Lỗ Rỗng Để Giảm Áp Lực Nổ Lên Kết Cấu Công Trình

E0 Nái nng căa ơn vị thể tích F Lāc tác dāng vào phÅn tử lß rßng Fcrit Lāc tới h¿n bÃt Åu uãn cong khung xương lß rßng G0 Khãi lưÿng tương ãi căa không khí hblast ChiÅu dày vÁt liáu xãp

LàI CÀM ¡N

Tôi xin bày tá lòng biÃt ơn sâu sÃc tới cã GS.TS Vũ Đình Lÿi và TS Lê Anh TuÃn ã tÁn tình chỉ bÁo, giúp ỡ tôi vÅ nhiÅu mặt trong suãt quá trình hoàn thành luÁn án nghiên cąu này

Tôi cũng xin trân trßng cÁm ơn Bá môn Cơ sá kỹ thuÁt công trình, Bá môn Xây dāng công trình quãc phòng, Vián Kỹ thuÁt công trình ặc biát, Phòng Sau

¿i hßc - Hßc vián Kỹ thuÁt Quân sā ã luôn t¿o iÅu kián và giúp ỡ tôi trong quá trình nghiên cąu

LàI CAM ĐOAN

Tôi xin cam oan ây là công trình nghiên cąu căa riêng tôi Các sã liáu

và kÃt quÁ nêu trong luÁn án là trung thāc và chưa từng ưÿc ai công bã trong bÃt kỳ công trình nào khác

Tác giÁ

Nguyßn Công Nghị

MĀC LĀC

MĀC LĀC iii

DANH MĀC KÝ HIàU vii

DANH MĀC VIÂT TÂT xiii

DANH MĀC HÌNH VÀ xv

DANH MĀC BÀNG xxi

Mà ĐÄU 1

Chương 1 TàNG QUAN VÄ VÂN ĐÄ NGHIÊN CĄU 4

1.1 Sơ lưÿc vÅ cơ chà và ặc tính căa vā ná 4

1.1.1 Tác áng căa vā ná 4

1.1.2 Sóng xung kích 5

1.1.3 Ành hưáng khãi lưÿng ná hiáu dāng và khoÁng cách 6

1.1.4 Giới h¿n tÁi trßng nghiên cąu 6

1.2 Mát sã giÁi pháp giÁm tác dāng áp lāc ná lên công trình 7

1.2.1 GiÁi pháp chung 7

1.2.2 Ąng dāng vÁt liáu chãng tác áng căa áp lāc ná 8

1.2.3 Bàn luÁn hiáu quÁ các giÁi pháp 16

1.3 Ąng dāng vÁt liáu xãp giÁm tác áng căa áp lāc ná 17

1.3.1 Mát sã nghiên cąu iển hình trên thà giới 17

1.3.2 Tình hình nghiên cąu trong nước 21

1.3.3 Mô hình hóa vÁt liáu xãp mÁt á thÃp 22

1.3.4 Bàn luÁn vÃn Å nghiên cąu 27

1.4 Nghiên cąu thāc nghiám ná và mô pháng sã 27

1.4.1 Thāc nghiám ná hián trưßng 27

1.4.2 PhÅn mÅm phân tích phÅn tử hÿu h¿n mô pháng sã vā ná 28

1.5 KÃt luÁn chương 30

Chương 2 NGHIÊN CĄU KHÀ NNG HÂP THĀ ÁP LĀC CĂA VÀT LIàU XâP VÀ ĄNG DĀNG 32

2.1 Giới thiáu chung vÅ vÁt liáu xãp 32

2.2 Ąng xử cơ hßc căa vÁt liáu xãp chịu nén 33

2.2.1 Tính chÃt cơ hßc căa vÁt liáu xãp 33

2.2.2 Ąng xử cơ hßc căa vÁt liáu xãp chịu nén 36

2.2.3 Ành hưáng căa tãc á biÃn d¿ng Ãn ąng xử căa vÁt liáu 43

2.3 Nghiên cąu phương pháp mô hình hóa vÁt liáu xãp chịu áp lāc nén 47

2.3.1 Thí nghiám nén ơn trāc m¿u xãp XPS 47

2.3.2 Lāa chßn mô hình vÁt liáu cho xãp XPS trong LS-DYNA 49

2.3.3 Mô pháng thí nghiám nén xãp bÅng LS-DYNA 52

2.3.4 Bàn luÁn kÃt quÁ phương pháp mô hình hóa 60

2.4 Ąng dāng hÃp thā áp lāc tác áng căa vÁt liáu xãp 61

2.4.1 Nguyên lý chung hÃp thā nng lưÿng tác áng căa vÁt liáu xãp 61

2.4.2 VÁt liáu xãp hÃp thā áp lāc ná 62

2.4.3 VÁt liáu xãp hÃp thā áng nng va ch¿m 66

2.4.4 GiÁm rung áng căa vÁt liáu xãp 67

2.4.5 GiÁm chÃn căa vÁt liáu xãp 69

2.5 KÃt luÁn chương 70

Chương 3 NGHIÊN CĄU XÂY DĀNG VÀ CHUÆN HÓA MÔ HÌNH MÔ PHàNG Sâ 71

3.1 Mô pháng vā ná trong không khí 71

3.1.1 Phương pháp nghiên cąu 71

3.1.2 ThiÃt lÁp mô hình mô pháng sã 74

3.1.3 KÃt quÁ mô pháng sã 76

3.1.4 Đánh giá kÃt quÁ chuÇn hóa mô hình 84

3.2 Mô pháng sã vÁt liáu bê tông cãt thép 84

3.2.1 Mô hình vÁt liáu bê tông 85

3.2.2 Mô hình vÁt liáu cãt thép 86

3.2.3 Thí nghiám hián trưßng 88

3.2.4 Thử nghiám mô pháng sã 91

3.2.5 KÃt quÁ mô pháng sã 94

3.2.6 Đánh giá kÃt quÁ chuÇn hóa mô hình 97

3.3 Mô pháng sã vÁt liáu xãp cąng không phāc hßi chịu áp lāc ná 97

3.3.1 Thāc nghiám ná hián trưßng 98

3.3.2 Mô pháng thí nghiám sã bÅng LS-DYNA 98

3.3.3 KÃt quÁ mô pháng sã 99

3.3.4 Đánh giá kÃt quÁ chuÇn hóa mô hình 101

3.4 Bàn luÁn chung vÅ kÃt quÁ chuÇn hóa mô hình 101

3.5 KÃt luÁn chương 102

Chương 4 NGHIÊN CĄU ĄNG DĀNG KÂT CÂU BÀO Và BÄNG VÀT LIàU XâP GIÀM TÁC ĐàNG CĂA ÁP LĀC Nà 104

4.1 Tính toán kÃt cÃu bÁo vá cơ bÁn 104

4.1.1 Tính toán kÃt cÃu bÁo vá sử dāng vÁt liáu xãp 104

4.1.2 Thí nghiám hián trưßng ánh giá giÁi pháp kÃt cÃu bÁo vá 105

4.1.3 Xây dāng mô hình sã trong LS-DYNA 107

4.1.4 So sánh kÃt quÁ thí nghiám và mô pháng sã 110

4.1.5 Bàn luÁn kÃt quÁ 110

4.2 Nghiên cąu khÁo sát cÃu t¿o cho kÃt cÃu bÁo vá 111

4.2.1 KhÁo sát chiÅu dày tÃm thép dàn lāc 111

4.2.2 KhÁo sát kÃt cÃu bÁo vá d¿ng nhiÅu lớp 113

4.2.3 KhÁo sát ặc tính vÁt liáu dàn lāc 117

4.2.4 Phân nhá kÃt cÃu bÁo vá 119

4.2.5 Bàn luÁn kÃt quÁ khÁo sát 122

4.3 CÃu t¿o kÃt cÃu bÁo vá giÁm tác dāng căa áp lāc ná lên kÃt cÃu công trình 123

4.3.1 VÁt liáu nhôm bßt 123

4.3.2 Tính toán và lāa chßn kÃt cÃu bÁo vá 125

4.4 KÃt luÁn chương 133

KÂT LUÀN CHUNG 134

DANH MĀC CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐÂN LUÀN ÁN ĐÃ CÔNG Bâ 136

TÀI LIàU THAM KHÀO 137

DANH MĀC KÝ HIàU

a Tham sã căa hàm tỷ sã giÿa ąng suÃt kéo và ąng suÃt nén

A KÃt cÃu thanh chãng mô hình Cunningham

Aemax Dián tích o theo c¿nh dài nhÃt

Af Dián tích mặt cÃt ngang thanh xãp

Ajwl HÅng sã vÁt liáu TNT

b Tham sã căa hàm tỷ sã giÿa ąng suÃt kéo và ąng suÃt nén

B Ma trÁn mô un khãi lưÿng mô hình Cunningham

Bjwl HÅng sã vÁt liáu TNT

ijkl

C Ma trÁn mô un tiÃp tuyÃn àn hßi

cm VÁn tãc truyÅn âm căa vÁt liáu

Cl ChiÅu dài bước sóng

cpl VÁn tãc sóng xung kích àn hßi lan truyÅn trong xãp c0, c1 Há sã á nhớt

C0,&,C6 Há sã trong phương trình tr¿ng thái căa không khí

D Tỷ lá tán thÃt nng lưÿng trên mßi chu kỳ

Ds Đưßng kính khãi cÅu cąng

E Mô un àn hßi căa vÁt liáu

E Mô un àn hßi vÁt liáu nÅn

Em Nng lưÿng bên trong vÁt liáu

Eq Mô un d¿o tái bÅn

Et Mô un tiÃp tuyÃn

E0 Nái nng căa ơn vị thể tích

F Lāc tác dāng vào phÅn tử lß rßng

Fcrit Lāc tới h¿n bÃt Åu uãn cong khung xương lß rßng

G0 Khãi lưÿng tương ãi căa không khí

hblast ChiÅu dày vÁt liáu xãp

HU Tham sã dỡ tÁi áng

( )

I1 BÃt biÃn thą nhÃt căa ten xơ ąng suÃt

J2 BÃt biÃn thą 2 căa ten xơ ąng suÃt lách

J3 BÃt biÃn thą 3 căa ten xơ ąng suÃt lách

Js Xung lưÿng pha nén

s

J− Xung lưÿng pha dãn

k1, k2 Tham sã căa hàm tỷ sã giÿa ąng suÃt kéo và ąng suÃt nén

l ChiÅu dài phÅn tử dÅm trong lß rßng

Le Đá dài ặc trưng phÅn tử

lf ChiÅu dài thanh xãp

lmesh MÁt á lưới chia nhá nhÃt

li ChiÅu dài sÿi

l ChiÅu dài trung bình sÿi

M Khãi lưÿng vÁt nặng

Mu Chỉ sã căa vÁt liáu

Ms Đáng lưÿng tÃm dàn lāc

m1 Khãi lưÿng trên ơn vị dián tích

p Áp suÃt cuãi căa khí trong lß rßng

p0 Áp suÃt khí ban Åu trong lß rßng

p’ Áp suÃt tÁi cÅn vưÿt qua

pat Áp suÃt khí quyển

Qe Hàm biểu dißn á nhớt theo thể tích

R KhoÁng cách Ãn tâm lưÿng ná

R1, R2 HÅng sã vÁt liáu TNT

SHAPE Tham hình d¿ng dỡ tÁi

t Dián tích tiÃt dián phÅn tử dÅm trong lß rßng

T Thßi gian tính toán

TSSFAC Tỉ lá bước thßi gian

td Thßi gian duy trì pha nén

d

t− Thßi gian duy trì pha dãn

U Nng lưÿng biÃn d¿ng àn hßi trên mát ơn vị thể tích

V Thể tích ban Åu căa khí trong lß rßng

Vg Thể tích cuãi căa khí trong lß rßng

ve Thể tích phÅn tử

VN Khãi lưÿng tương ãi

vn Tãc á phát ná

Vvc VÁn tãc va ch¿m

V0 Thể tích ban Åu căa xãp

W Khãi lưÿng thuãc ná

Wvol Nng lưÿng hÃp thā căa xãp

x Hàm tác áng Åu vào

X Biên á căa tác áng Åu vào

X0 Vị trí ban Åu căa mặt cąng

y Hàm chuyển dịch tương ãi

Y Biên á chuyển dịch tương ãi

Z KhoÁng cách tỉ lá

³i Góc ịnh hướng phÅn tử mô hình Cunningham

´ Há sã nhiát dung riêng căa không khí

Δt Bước thßi gian

ΔU Nng lưÿng tiêu tán sau mát chu kỳ

ρ0 Khãi lưÿng riêng ban Åu

ρtd Khãi lưÿng riêng tÃm dàn lāc

ó Ten xơ ąng suÃt căa bước thą n

ϕ Tỷ lá chÃt rÃn căa phÅn khung xương lß rßng

Ç Lưÿng giÁm logarit

DANH MĀC VI¾T TÀT

ALE Phương pháp tùy biÃn Lagrangian-Eulerianian

ANFO Thuãc ná amoni nitrat

BTCT Bê tông cãt thép

CFRP Polyme sÿi carbon

CSC Mô hình Continuous Surface Cap

CONTACT_ Th¿ thiÃt lÁp tương tác giÿa các miÅn vÁt liáu khác nhau CTYPE Tham sã giÅng buác

DOD Tiêu chuÇn Xây dāng an toàn chÃt ná

EOS Phương trình tr¿ng thái

EOS_ Th¿ phương trình tr¿ng thái trong LS_DYNA

EPS Xãp Expandable PolyStyrene

FCC Hình khãi hướng tâm

FRC Bê tông cãt sÿi

FRP Sÿi polyme gia cã

GFRP Polyme sÿi thăy tinh

KCC Mô hình Karagozian & Case Concrete

MAT_ Th¿ vÁt liáu trong LS_DYNA

MAT_084 Mô hình Winfrith

LLNL Phòng thí nghiám Lawrence Livermore National LaboratoryLS-DYNA PhÅn mÅm LS-DYNA

LSTC Hãng Livermore Software Technology Corporation

PFRC Bê tông cãt sÿi polyetylen

PU VÁt liáu có á d¿o cao (sơn polyurea)

SFRC Bê tông cãt sÿi thép

SHAPE Tham hình d¿ng dỡ tÁi

SOD KhoÁng cách tác áng

SRP TÃm polyme gia cưßng bÅng thép

TN_01 Thí nghiám ná khÁo sát ặc trưng áng hßc

TN_02 Thí nghiám ná gÅn

TNT1 Mô hình mô pháng tương ąng lưới chia TNT 1/10 TNT2 Mô hình mô pháng tương ąng lưới chia TNT 1/15 TNT3 Mô hình mô pháng tương ąng lưới chia TNT 1/20 TNT4 Mô hình mô pháng tương ąng lưới chia TNT 1/25 TSF1 Mô hình mô pháng tương ąng TSSFAC = 0.1 TSF2 Mô hình mô pháng tương ąng TSSFAC = 0.2 TSF3 Mô hình mô pháng tương ąng TSSFAC = 0.3 TSF4 Mô hình mô pháng tương ąng TSSFAC = 0.4 TSF5 Mô hình mô pháng tương ąng TSSFAC = 0.5 TSF6 Mô hình mô pháng tương ąng TSSFAC = 0.6 TNT Thuãc ná trinitrotoluene

TSSFAC Tỉ lá bước thßi gian

UHFRC Bê tông cãt sÿi cưßng á siêu cao

UHSFRC Bê tông cãt sÿi thép cưßng á siêu cao

XPS Xãp Extruded Polystyrene

DANH MĀC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Tác áng căa vā ná lên công trình [6] 5

Hình 1.2 Biểu ß áp lāc sóng xung kích căa vā ná trong không khí 6

Hình 1.3 TÃm bê tông gia cưßng sÿi FRP [27] 12

Hình 1.4 CÃu trúc tßn t¿i tā nhiên căa vÁt liáu xãp 14

Hình 1.5 Quan há ąng suÃt - biÃn d¿ng ặc trưng vÁt liáu xãp 15

Hình 1.6 Áp lāc ná và áp lāc khi truyÅn qua vÁt liáu xãp [34] 18

Hình 1.7 Nhôm bßt, Skydex®, Nomex® tá ong và xãp EPS trong thí nghiám căa H Bornstein và K Ackland [36] 19

Hình 1.8 Bã trí thí nghiám hián trưßng căa H Bornstein và K Ackland [36] 19

Hình 1.9 Đá vßng tÃm trong thí nghiám căa H Bornstein và K Ackland [36] 19

Hình 1.10 CÃu t¿o dÅm bê tông cãt thép trong thí nghiám căa Schenker [42] 20

Hình 1.11 KÃt quÁ biÃn d¿ng t¿i giÿa thanh cãt thép căa dÅm trong thí nghiám căa Schenker [42] 20

Hình 1.12 Thí nghiám kÃt cÃu chịu áp lāc ná căa Schenker [37] 21

Hình 1.13 KÃt quÁ o gia tãc trong thí nghiám căa Schenker [37] 21

Hình 1.14 Các mô hình thông thưßng, dāa trên cách cÃu t¿o ô lß rßng: (a) Mô hình khãi lÁp phương, (b) Khãi tetrakaidecahedron, (c) Khãi 12 mặt hình thoi, (d) Khãi 12 mặt hình thang [52] 22

Hình 1.15 Mô hình xãp ng¿u nhiên căa Lederman [58] 23

Hình 1.16 Mô hình hßn hÿp căa Cuningham [59, 60] 24

Hình 1.17 Mô hình phÅn tử tą dián căa Warren và Kraynik [61] 24

Hình 1.18 Quy trình t¿o mô hình vÁt liáu xãp 3D [72] 26

Hình 1.19 Giao dián phÅn mÅm LS-DYNA: a) Mô un LS-PrePost b) Mô un LS-DYNA Program Manager 30

Hình 2.1 CÃu trúc lß rßng má (trái) và lß rßng kín (phÁi) 32

Hình 2.2 Mát sã d¿ng vÁt liáu xãp trong thāc tà 33

Hình 2.3 Sā nén căa xãp lß rßng óng kín cho thÃy sā biÃn d¿ng cÃu trúc khung xương và màng các lß rßng [73] 34

Hình 2.4 Đưßng cong quan há ąng suÃt - biÃn d¿ng vÁt liáu xãp 35

Hình 2.5 Sā khác biát quá trình chịu nén: cÃu trúc lß rßng má (a) và lß rßng kín (b) [52] 36

Hình 2.6 Mô hình căa Gibson và Ashby cho phÅn tử lß rßng má 37

Hình 2.7 Đá võng căa khung xương (dÅm) khi chịu tÁi 37

Hình 2.8 Mô hình căa Gibson và Ashby cho phÅn tử lß rßng óng kín 39

Hình 2.9 Ąng xử căa phÅn tử lß rßng óng kín khi chịu nén 41

Hình 2.10 Sā hình thành sąc kháng do á trß căa không khí trong cÃu trúc lß rßng má 43

Hình 2.11 Minh hßa Ánh hưáng căa tãc á biÃn d¿ng ãi với ąng xử tng ąng suÃt căa vÁt liáu xãp [77] 44

Hình 2.12 Đưßng cong ąng suÃt-biÃn d¿ng cho nhôm bßt Alulight với mÁt á tương ãi là 0.18 á hai tãc á biÃn d¿ng: 3.6 x 10-3 /s và 3.6 x 10+3 /s [81] 46

Hình 2.13 Ąng suÃt o¿n bÅng ưÿc hiáu chỉnh cho mÁt á tương ãi, ưÿc vÁ ß thị dāa trên tãc á biÃn d¿ng VÅ cơ bÁn, nó không phā thuác vào tãc á biÃn d¿ng lên Ãn 3.6 x 10+3 /s [81] 46

Hình 2.14 M¿u xãp XPS trong thí nghiám nén 48

Hình 2.15 Quá trình tiÃn hành thí nghiám nén m¿u xãp XPS 49

Hình 2.16 KÃt quÁ quan há ąng suÃt - biÃn d¿ng căa m¿u XPS thí nghiám 49

Hình 2.17 Quan há ąng suÃt - biÃn d¿ng căa xãp EPS [88] 51

Hình 2.18 Quan há ąng suÃt - biÃn d¿ng vÁt liáu xãp cąng [92] 52

Hình 2.19 Các d¿ng phÅn tử khãi trong LS-DYNA 53

Hình 2.20 PhÅn tử khãi lāc dián 8 nút trong LS-DYNA 53

Hình 2.21 Mô hình phÅn tử dÅm Hughes - Liu 54

Hình 2.22 Mô hình phÅn tử vá 4 nút trong LS-DYNA 55

Hình 2.23 Mát sã d¿ng tiÃp xúc cơ bÁn 56

Hình 2.24 Quan há ąng suÃt - biÃn d¿ng sau hiáu chuÇn 57

Hình 2.25 Mô hình mô pháng m¿u nén xãp XPS trong LS-DYNA 58

Hình 2.26 Quá trình mô pháng nén ép m¿u xãp XPS trong LS-DYNA 58

Hình 2.27 KÃt quÁ mô pháng m¿u xãp theo mô hình MAT_53 59

Hình 2.28 KÃt quÁ mô pháng m¿u xãp theo mô hình MAT_57 59

Hình 2.29 KÃt quÁ mô pháng m¿u xãp theo mô hình MAT_63 60

Hình 2.30 Tương quan kÃt quÁ nén m¿u xãp giÿa các mô hình mô pháng 60

Hình 2.31 (a) Đưßng cong lāc - chuyển vị và (b) ưßng cong ąng suÃt - biÃn d¿ng căa vÁt liáu xãp 62

Hình 2.32 Đưßng cong áp lāc theo thßi gian căa ná trong không khí 63

Hình 2.33 D¿ng tam giác áp lāc theo thßi gian 64

Hình 2.34 Ąng suÃt, vÁn tãc á hai bên căa sóng xung kích àn hßi 66

Hình 2.35 (a) Dao áng mát bÁc tā do chịu tác áng căa Åu vào chÃn áng x á tÅn sã É (b) Hàm truyÅn cho chuyển dịch tương ãi y 68

Hình 2.36 Há sã tán thÃt ¸ o lưßng nng lưÿng phân o¿n bị tiêu tán trong mát chu kỳ ąng suÃt – biÃn d¿ng 69

Hình 3.1 Phân vùng khu khu gÅn và khu xa trong vā ná không khí [2] 73

Hình 3.2 Bã trí thí nghiám o áp lāc ná không khí hián trưßng 74

Hình 3.3 Mô hình sã trên LS-DYNA 75

Hình 3.4 Điểm khÁo sát cách tâm ná 100cm 77

Hình 3.5 Điểm khÁo sát cách tâm ná 80cm 77

Hình 3.6 Điểm khÁo sát cách tâm ná 60cm 78

Hình 3.7 Chênh lách ỉnh áp lāc so với lưới 1cm 78

Hình 3.8 Áp lāc sóng xung kích cách tâm ná 1m 79

Hình 3.9 Chênh lách áp lāc ỉnh 80

Hình 3.10 Áp lāc sóng xung kích cách tâm ná 1m 81

Hình 3.11 Chênh lách áp lāc ỉnh 81

Hình 3.12 Áp lāc sóng xung kích iểm khÁo sát 82

Hình 3.13 Áp lāc sóng xung kích thử nghiám ná cách tâm ná 1m 82

Hình 3.14 Áp lāc mô pháng LS-DYNA và thāc nghiám ná hián trưßng 83

Hình 3.15 Ąng xử àn hßi d¿o quá trình tái bÅn ẳng hướng và áng hßc [92] 87

Hình 3.16 Công tác chà t¿o cÃu kián thí nghiám hián trưßng 89

Hình 3.17 Thí nghiám m¿u bê tông 89

Hình 3.18 Thí nghiám m¿u cãt thép 90

Hình 3.19 Thí nghiám xác ịnh ặc trưng áng hßc tÃm BTCT 91

Hình 3.20 Thí nghiám kÃt cÃu BTCT chịu tác dāng căa ná gÅn 91

Hình 3.21 Xây dāng mô hình hình hßc cho mô pháng sã 94

Hình 3.22 Quá trình lan truyÅn sóng ná trong không khí 94

Hình 3.23 Hình thành vÃt nąt mặt dưới tÃm BTCT (TN_01) 95

Hình 3.24 Phá ho¿i mặt dưới tÃm BTCT (TN_02) 95

Hình 3.25 Chuyển vị tÃm BTCT (TN_01) 95

Hình 3.26 Gia tãc tÃm BTCT (TN_01) 96

Hình 3.27 Chuyển vị tÃm (TN_02) 96

Hình 3.28 Công tác thí nghiám hián trưßng 98

Hình 3.29 Mô hình mô pháng sã thí nghiám 99

Hình 3.30 Xãp XPS bị xẹp khi chịu áp lāc ná 100

Hình 3.31 Chuyển vị căa tÃm thí nghiám 100

Hình 3.32 Gia tãc căa tÃm thí nghiám 100

Hình 4.1 Nng lưÿng hÃp thā căa vÁt liáu xãp (Wvol) 105

Hình 4.2 KÃt cÃu thí nghiám hián trưßng 106

Hình 4.3 Chuyển vị tÃm bê tông cãt GFRP thí nghiám 106

Hình 4.4 Gia tãc tÃm bê tông cãt GFRP thí nghiám 107

Hình 4.5 Mô hình mô pháng sã thí nghiám tÃm cãt GFRP chịu ná trāc tiÃp 108

Hình 4.6 Chuyển vị tÃm bê tông cãt GFRP mô pháng 108

Hình 4.7 Gia tãc tÃm tÃm bê tông cãt GFRP mô pháng 109

Hình 4.8 Hình Ánh mặt dưới tÃm bê tông mô pháng t¿i t=6ms 109

Hình 4.9 TÃm bê tông chịu áp lāc ná trāc tiÃp 110

Hình 4.10 TÃm bê tông có kÃt cÃu bÁo vá 110

Hình 4.11 Chuyển vị tÃm bê tông khÁo sát 111

Hình 4.12 Gia tãc tÃm bê tông khÁo sát 112

Hình 4.13 Hình Ánh mặt dưới tÃm bê tông khÁo sát t¿i t=6ms 112

Hình 4.14 Hình Ánh sơ ß cơ bÁn căa cÃu trúc nhiÅu lớp iển hình 113

Hình 4.15 CÃu trúc cơ bÁn: thép - xãp 114

Hình 4.16 CÃu trúc nhiÅu lớp lo¿i 1 (thép-xãp-thép) 114

Hình 4.17 CÃu trúc nhiÅu lớp lo¿i 2 (thép-xãp-thép-xãp) 114

Hình 4.18 CÃu trúc nhiÅu lớp lo¿i 3 (thép-xãp-thép-xãp-thép) 115

Hình 4.19 KÃt quÁ chuyển vị tÃm mô pháng 115

Hình 4.20 KÃt quÁ gia tãc tÃm mô pháng 116

Hình 4.21 KÃt quÁ chuyển vị tÃm mô pháng 118

Hình 4.22 KÃt quÁ gia tãc tÃm mô pháng 118

Hình 4.23 Phân o¿n kÃt cÃu bÁo vá 20x20cm 119

Hình 4.24 Phân o¿n kÃt cÃu bÁo vá 25x25cm 120

Hình 4.25 Phân o¿n kÃt cÃu bÁo vá 33x33cm 120

Hình 4.26 Phân o¿n kÃt cÃu bÁo vá 50x50cm 120

Hình 4.27 Chuyển vị tÃm mô pháng 121

Hình 4.28 Gia tãc tÃm mô pháng 121

Hình 4.29 M¿u nhôm bßt lß rßng kín thāc tà sử dāng trong nghiên cąu 124

Hình 4.30 Thí nghiám nén ơn trāc m¿u nhôm bßt 124

Hình 4.31 Quan há ąng suÃt - biÃn d¿ng nén ơn trāc m¿u nhôm bßt 125

Hình 4.32 Vā tÃn công khăng bã ngày 19.4.1995 nhÅm vào Tòa nhà Liên bang Murrah t¿i thành phã Oklahoma, Mỹ 126

Hình 4.33 Công trình 3 tÅng d¿ng iển hình 126

Hình 4.34 Vị trí và ãi tưÿng nghiên cąu 127

Hình 4.35 CÃu t¿o cát nghiên cąu 127

Hình 4.36 Nng lưÿng hÃp thā căa vÁt liáu nhôm bßt (Wvol) 128

Hình 4.37 CÃu trúc nhiÅu lớp cho kÃt cÃu bÁo vá 129

Hình 4.38 Phân o¿n kÃt cÃu bÁo vá cát khÁo sát 129

Hình 4.39 Hình Ánh vÃt nąt trên cát: (a) ban Åu, (b) trāc tiÃp, (c) bÁo vá 130 Hình 4.40 Hình Ánh phá hăy cát: (a) ban Åu, (b) trāc tiÃp, (c) bÁo vá 131

Hình 4.41 Chuyển vị cát mô pháng 131

Hình 4.42 Gia tãc cát mô pháng 132

Hình 4.43 Ąng suÃt theo phương chịu lāc chính 132

DANH MĀC BÀNG

BÁng 2.1 Thông sã vÁt liáu xãp XPS theo nhà sÁn xuÃt [91] 48

BÁng 2.2 Tham sã vÁt liáu xãp XPS 57

BÁng 3.1 Tham sã mô hình vÁt liáu không khí 76

BÁng 3.2 Tham sã mô hình vÁt liáu TNT [120] 76

BÁng 3.3 Tham sã mô hình vÁt liáu bê tông 92

BÁng 3.4 Tham sã mô hình vÁt liáu cãt thép 92

BÁng 3.5 BÁng táng hÿp kÃt quÁ 96

BÁng 3.6 Tham sã mô hình vÁt liáu GFRP [133] 99

BÁng 3.7 BÁng táng hÿp kÃt quÁ 101

BÁng 4.1 BÁng kÃt quÁ tính kÃt cÃu bÁo vá 105

BÁng 4.2 BÁng táng hÿp kÃt quÁ thí nghiám 107

BÁng 4.3 BÁng ánh giá hiáu quÁ (mô pháng) 109

BÁng 4.4 BÁng táng hÿp kÃt quÁ so sánh giÿa thí nghiám và mô pháng 110

BÁng 4.5 BÁng táng hÿp hiáu quÁ so với cÃu trúc cơ bÁn 116

BÁng 4.6 Tham sã mô hình vÁt liáu chì và nhôm [139] 117

BÁng 4.7 BÁng táng hÿp hiáu quÁ so với cÃu trúc lõi thép 118

BÁng 4.8 BÁng táng hÿp hiáu quÁ phân o¿n kÃt cÃu bÁo vá 122

BÁng 4.9 Tham sã vÁt liáu nhôm bßt 125

BÁng 4.10 BÁng kÃt quÁ tính kÃt cÃu bÁo vá 128

BÁng 4.11 BÁng táng hÿp kÃt quÁ 132

MỞ ĐÄU

1 Ý nghĩa khoa hßc và thāc tißn căa đÁ tài lu¿n án

Thāc tà hián nay các vā ná có chă ích (khăng bã) là mát mãi e dßa lớn

Ãn an ninh, an toàn dân sinh, Ánh hưáng rÃt lớn Ãn các công trình xây dāng

và gây ra nhÿng thiát h¿i nặng nÅ Mát lo¿t các vā tÃn công như vā ánh bom Tòa nhà Liên bang Murrah á thành phã Oklahoma vào tháng 4 nm 1995, vā

ánh bom áng chú ý thą hai là vā ánh bom Tháp Khubar á À RÁp Xê Út vào tháng 6 nm 1996 ChÃn áng cÁ thà giới vào ngày 11 tháng 9 nm 2001 là các cuác tÃn công vào Trung tâm Thương m¿i Thà giới (WTC) căa Thành phã New York Liên tiÃp sau ó các vā ánh bom xÁy ra á Istanbul (nm 2003), Madrid (nm 2004) và London (nm 2005) là các sā kián quan trßng nâng cao mąc á quan tâm cao vÅ viác bÁo vá các māc tiêu cơ sá h¿ tÅng trßng yÃu trước các vā

ná

Nhÿng vā ná có chă ích ã thúc Çy các nghiên cąu m¿nh mÁ và sâu ráng nhÅm giÁm thiát h¿i cho các công trình và Ám bÁo an toàn cho con ngưßi Các tiêu chuÇn và phương pháp thiÃt kà ã ưÿc phát triển ể phân tích tính nng căa kÃt cÃu chịu tác áng căa vā ná và hướng d¿n cho các kỹ sư thiÃt kà Tuy nhiên, ãi với nhÿng công trình ã ưÿc thiÃt kà và xây dāng mà chưa ưÿc tính toán Ãn khÁ nng chịu tác áng căa vā ná, rÃt cÅn nhÿng giÁi pháp nhÅm giÁm thiểu tác áng căa lo¿i tÁi trßng ặc biát này Vā ná bao gßm nhiÅu tác

áng khác nhau, trong ó áp lāc căa sóng xung kích có tác áng lớn, trên dián ráng và ưÿc coi là tác nhân chính gây phá ho¿i công trình

Đã có nhiÅu giÁi pháp ưÿc ưa ra ể giÁm thiểu tác áng căa áp lāc ná lên kÃt cÃu công trình như Çy xa tâm ná ra khái công trình, gia cưßng cho kÃt cÃu ể gia tng khÁ nng chịu lāc Mát giÁi pháp ưÿc ưa ra là tÁn dāng khÁ nng hÃp thā nng lưÿng căa vÁt liáu có cÃu trúc lß rßng (vÁt liáu xãp) ể hÃp thā nng lưÿng tác áng căa áp lāc ná, iÅu này sÁ cho phép kÃt cÃu không phÁi tiÃp nhÁn trāc tiÃp tác áng căa áp lāc ná nên sÁ làm gia tng khÁ nng bÁo vá

và h¿n chà bị phá ho¿i Hướng nghiên cąu này ã và ang tiÃp tāc ưÿc quan tâm nghiên cąu, ąng dāng và phát triển Vì vÁy, luÁn án <Nghiên cąu ąng dāng v¿t liáu có cÃu trúc lß rßng để giÁm áp lāc ná lên k¿t cÃu công trình=

là vÃn Å có ý nghĩa khoa hßc và thāc tißn

3 Đãi tưÿng, ph¿m vi và phư¢ng pháp nghiên cąu

3.1 Đối tượng nghiên cāu

Đãi tưÿng nghiên cąu căa luÁn án là vÁt liáu xãp và ąng dāng vÁt liáu xãp

ể t¿o thành kÃt cÃu bÁo vá cho kÃt cÃu công trình khi chịu tác áng căa áp lāc

Nghiên cąu lý thuyÃt, xây dāng các thí nghiám trên mô hình trong phòng thí nghiám và ngoài thāc ịa Xây dāng và chuÇn hóa mô hình mô pháng vā

ná, tương tác a vÁt liáu dāa trên viác xác minh chéo kÃt quÁ mô pháng với kÃt quÁ thí nghiám Từ kÃt quÁ mô pháng sã ã ưÿc chuÇn hóa, tiÃn hành các thử nghiám sã ể khÁo sát, ánh giá hiáu quÁ căa kÃt cÃu bÁo vá có cÃu trúc khác nhau và ąng dāng vào bÁo vá kÃt cÃu công trình

4 C Ãu trúc căa lu¿n án

LuÁn án gßm phÅn má Åu, 04 chương, phÅn kÃt luÁn và danh māc tài liáu tham khÁo

Má Åu: Trình bày tính cÃp thiÃt, māc ích, ãi tưÿng, ph¿m vi, phương pháp nghiên cąu và bã cāc căa luÁn án

Chương 1: Táng quan vÅ vÃn Å nghiên cąu

Chương 2: Nghiên cąu khÁ nng hÃp thā áp lāc căa vÁt liáu xãp và ąng dāng

Chương 3: Nghiên cąu xây dāng và chuÇn hóa mô hình mô pháng sã Chương 4: Nghiên cąu ąng dāng kÃt cÃu bÁo vá bÅng vÁt liáu xãp giÁm tác áng căa áp lāc ná

PhÅn kÃt luÁn: Nêu các kÃt quÁ chính, các óng góp căa luÁn án, các h¿n chà và phương hướng nghiên cąu tiÃp theo

Danh māc căa các tài liáu tham khÁo

Chư¢ng 1 TàNG QUAN VÀ VÂN ĐÀ NGHIÊN CĄU

Trong chương trình bày sơ lưÿc vÅ ặc tính căa vā ná, táng quan vÅ các giÁi pháp ể giÁm thiểu tác h¿i cho kÃt cÃu khi chịu áp lāc ná Trình bày các nghiên cąu sử dāng vÁt liáu xãp ể giÁm tác áng căa áp lāc ná, các phương pháp mô hình hóa tính chÃt cơ hßc căa vÁt liáu xãp và khó khn khi tính toán vÁt liáu xãp với kích thước lớn Đánh giá khÁ nng ąng dāng mô pháng sã cho

vā ná ể khÃc phāc nhÿng khó khn trong thāc nghiám ná và cũng là giÁi pháp khÁ thi nhÅm tính toán vÁt liáu xãp kích thước lớn

1.1 S¢ lưÿc vÁ c¢ ch¿ và đặc tính căa vā ná

Khi vā ná trong không khí xÁy ra sÁ t¿o ra mát sã các nhân tã tác áng tiêu cāc Ãn công trình nói chung và kÃt cÃu công trình nói riêng, có thể kể Ãn mát sã yÃu tã chính như tác áng cháy, tác dāng mÁnh vng và tác dāng ná Đãi với tác dāng ná thì tuỳ thuác vào vị trí căa vā ná, công trình có thể chịu tác dāng xung ná tiÃp xúc khi sÁn phÇm ná có áp suÃt, nhiát á lớn tác dāng trāc tiÃp lên công trình hoặc chịu tác dāng căa áp lāc ná do sóng xung kích lan truyÅn trong không khí [1-4]

Trong mát vā ná, mát phÁn ąng hóa hßc xÁy ra d¿n Ãn sā tng nhiát á

và áp suÃt át ngát Các sóng xung kích do vā ná t¿o ra, truyÅn i và tác áng vào các cÃu trúc chướng ng¿i với áp suÃt lớn hơn áp suÃt khí quyển (Hình 1.1) Nói chung, các vā ná trong không khí tác áng ãi với mát công trình thưßng t¿o ra bãn lo¿i tÁi trßng, bao gßm tác áng căa các mÁnh vỡ chính, tác áng căa các mÁnh thą cÃp, áp lāc và áp lāc phÁn x¿ [5]

Hình 1.1 Tác động cÿa vụ nổ lên công trình [6]

Các mÁnh vỡ chính và thą cÃp Åu có thể gây thương vong áng kể, tuy nhiên chúng không gây ra hư háng lớn cho kÃt cÃu Khi sóng xung kích tác

áng Ãn mát vÁt thể vuông góc với ưßng i căa nó, sóng bị phÁn x¿ t¿o ra áp lāc cao Đá lớn căa áp lāc phÁn x¿ này phā thuác vào hình d¿ng, á cąng căa cÃu trúc chướng ng¿i và hướng căa nó ãi với sóng ná Do ó, ãi với các phÅn

tử kÃt cÃu, áp lāc phÁn x¿ ưÿc coi là tác áng chính gây phá ho¿i căa áp lāc

ná [5]

Vā ná là sā giÁi phóng nng lưÿng trên dián ráng, nhanh và át ngát do quá trình ãt cháy m¿nh căa vÁt liáu ná Quá trình ãt cháy xÁy ra trong vòng vài mili giây, t¿o ra mát thể tích khí có nhiát á cao và áp suÃt cao [3, 7] Các khí này ná ra gây ra sā giÁi phóng nng lưÿng nhanh chóng và d¿n Ãn hình thành sóng ná BÅ mặt căa sóng (gßi là <mặt sóng xung kích=) truyÅn nhanh hơn tãc á âm thanh, t¿o ra áp lāc phá ho¿i [2, 4, 8] Chuyển áng nhanh căa sóng làm áp suÃt ná vưÿt quá áp suÃt khí quyển, d¿n Ãn viác t¿o ra mát khoÁng chân không Ång sau sóng ná, ưÿc gßi là pha âm hay pha dãn [2, 4, 9] Trong giai o¿n này mát phÅn chân không ưÿc t¿o ra và không khí bị hút vào mang theo các mÁnh vỡ ra xa ngußn ná [10] Áp lāc căa sóng xung kích, nhÃt là áp lāc phÁn x¿ là nguyên nhân tác áng chính gây phá ho¿i các phÅn tử kÃt cÃu công trình trên dián ráng Do ó, ây là ãi tưÿng tÁi trßng tính cÅn ưÿc quan tâm cũng như xem xét các yÃu tã chính căa vā Ánh hưáng Ãn áp lāc sóng xung kích là khoÁng các và khãi lưÿng ná

Hình 1.2 Biểu đồ áp lực sóng xung kích cÿa vụ nổ trong không khí

Để tính toán áp lāc ná theo thßi gian căa sóng ná từ mát vā ná thông thưßng, cÅn xem xét hai yÃu tã quan trßng: khãi lưÿng ná hiáu dāng và khoÁng cách tác áng (SOD) Khãi lưÿng ná hiáu dāng phÁn ánh khãi lưÿng chÃt ná

ưÿc kích ná Nó thưßng ưÿc biểu thị bÅng trßng lưÿng tương ương căa thuãc ná trinitrotoluene (TNT) Đãi với lưÿng ná hình trā, áp lāc ỉnh và xung lāc phā thuác vào vị trí kích ná Khi tỷ lá chiÅu dài trên ưßng kính nhá, nng lưÿng hơn ná ưÿc hướng nhiÅu hơn theo hướng trāc, còn khi tỷ lá chiÅu dài trên ưßng kính lớn, nng lưÿng ưÿc hướng nhiÅu hơn theo hướng xuyên tâm

Do ó, hình d¿ng lưÿng ná vÅ cơ bÁn sÁ Ánh hưáng Ãn áp lāc ỉnh và xung lāc [11]

SOD ưÿc tính từ trßng tâm căa lưÿng ná Ãn các bá phÁn căa công trình [12] Đãi với các vā ná có chă ích, viác xác ịnh SOD thích hÿp cho mát công trình xây dāng nhÃt ịnh ể chãng l¿i các tác áng căa vā ná thưßng là rÃt khó, nhÃt là trong môi trưßng các ô thị Thông thưßng, trong môi trưßng ô thị viác xác ịnh SOD chính xác là khó có thể thāc hián và không thāc tà Hơn nÿa, viác dā oán khãi lưÿng ná căa vũ khí hay mát vā tÃn công nói chung là không khÁ thi Tuy nhiên, DOD (2005) quy ịnh mát SOD tãi thiểu dāa trên mąc á bÁo vá cÅn thiÃt [13] NÃu SOD tãi thiểu có thể ưÿc áp ąng, các kỹ thuÁt xây dāng thông thưßng có thể ưÿc sử dāng ể ¿t ưÿc mąc á bÁo vá thích hÿp, còn không thì công trình phÁi ưÿc tng cąng hoặc có các giÁi pháp bÁo vá khác

Thông qua tóm lưÿc cơ bÁn nhÃt vÅ tác áng căa vā ná cho thÃy Ánh hưáng căa sóng xung kích có tác áng m¿nh cũng như trên dián ráng và là yÃu tã

chính tác áng Ãn công trình KhoÁng cách từ lưÿng ná tới ãi tưÿng tác áng

ưÿc ặc biát quan tâm vì áp lāc căa lưÿng ná sÁ suy giÁm nhanh khi khoÁng cách tác áng tng lên Bên c¿nh ó ể Ám bÁo nái dung nghiên cąu phù hÿp với áp ąng căa thiÃt bị thí nghiám t¿i Hßc vián Kỹ thuÁt Quân sā, trong nghiên cąu này giới h¿n tác áng căa tÁi trßng là áp lāc căa sóng xung kích từ vā ná

1.2 Mát sã giÁi pháp giÁm tác dāng áp lāc ná lên công trình

Để giÁm tác dāng căa áp lāc ná và gia tng khÁ nng chịu lāc cho kÃt cÃu công trình, trong thāc tà ã có nhiÅu giÁi pháp khác nhau ể giÁm tác dāng căa lo¿i tÁi trßng ặc biát này

Tác áng căa vā ná lên công trình phā thuác vào nhiÅu yÃu tã khác nhau như khoÁng cách từ tâm ná Ãn công trình, các chướng ng¿i giÿa tâm ná và công trình, iÅu kián ịa hình, khãi lưÿng ná hiáu dāng,& mà gây ra các tác

áng khác nhau lên công trình Từ các ặc iểm cơ bÁn ó, trong thāc tà ąng dāng ã có rÃt nhiÅu giÁi pháp khác nhau ưÿc ưa ra ể giÁm thiểu tác áng căa vā ná lên công trình

GiÁi pháp Çy xa tâm ná khái công trình: ây là mát trong nhÿng giÁi pháp mang ý nghĩa quan trßng do áp lāc ná ưÿc giÁm thiểu áng kể, sÁ h¿n chÃ

ưÿc tãi a khÁ nng ná tiÃp xúc ể giÁm áp suÃt, nhiát á lớn tác áng trāc tiÃp lên công trình Các kÃt quÁ thāc nghiám cho thÃy áp lāc ná tác áng lên công trình phā thuác rÃt lớn vào khoÁng cách từ tâm ná Ãn công trình, viác làm tng khoÁng cách này sÁ làm giÁm áng kể áp lāc lên công trình [1, 2, 4] GiÁi pháp sử dāng kÃt cÃu bÁo vá phía trước công trình: trong thiÃt kà và chà t¿o các công trình quân sā (công sā), viác sử dāng kÃt cÃu tÃm chÃn ¿n ể

Çy xa tâm ná nhÅm làm giÁm tác dāng căa áp lāc ná lên kÃt cÃu là mát giÁi pháp hÿu hiáu [14] Ngoài ra ể bÁo vá cho các công trình dân sinh, các tòa nhà (công trình nái) còn sử dāng các giÁi pháp tưßng chÃn, hào, màn chÃn sóng,&

ể giÁm áp lāc từ vā ná Bên c¿nh ó viác sử dāng các vÁt liáu trong tā nhiên

có ặc tính xãp rßng cũng ưÿc ąng dāng ráng rãi như viác sử dāng Ãt, cát, mùn cưa,& và ặc biát là cát ể làm lớp dàn lāc (công sā lâu bÅn), sử dāng bao cát xÃp xung quanh công trình (công sā dã chiÃn) em l¿i hiểu quÁ tãt ể giÁm tác dāng căa vā ná [14, 15]

Nhÿng giÁi pháp á trên có nhiÅu ưu iểm nái bÁt và ưÿc ąng dāng ráng rãi trong bÁo vá các công trình mang tính quân sā Tuy nhiên, với các công

trình dân sinh thì viác áp dāng các giÁi pháp trên là khó khn do yêu cÅu sử dāng cũng như không gian h¿n chà Với sā phát triển m¿nh mÁ căa công nghá chà t¿o vÁt liáu mới ã má ra nhiÅu nhÿng giÁi pháp khác nhau hÿu ích và tián lÿi cho cÁ thiÃt kà chà t¿o kÃt cÃu, sử dāng vÁt liáu gia cưßng và vÁt liáu hÃp thā tác áng nhÅm giÁm tác áng căa áp lāc ná lên công trình Cũng như má

ra nhÿng giÁi pháp phù hÿp hơn cho mßi lo¿i kÃt cÃu công trình cÅn ưÿc bÁo

vá Trong nái dung tiÃp theo sÁ Å cÁp Ãn giÁi pháp ąng dāng vÁt liáu giÁm tác

áng căa áp lāc ná

Đãi với kÃt cÃu công trình hián nay phÅn lớn ưÿc chà t¿o từ bê tông cãt thép (BTCT), BTCT là lo¿i bê tông thông thưßng ưÿc t¿o ra từ các vÁt liáu cÃu thành hßn hÿp tiêu chuÇn (xi mng, cãt liáu, nước, ) và ưÿc gia cã bÅng thép cây Khi chịu áp lāc ná, kÃt cÃu BTCT thể hián ąng xử ác áo ưÿc gßi

là hián tưÿng <chÃn sāp=, xuÃt hián á mặt bên kia căa kÃt cÃu, ãi dián với bÅ mặt chịu tác dāng căa vā ná Do ó, khi sóng nén ban Åu do vā ná t¿o ra truyÅn qua cÃu kián và phÁn x¿ t¿i bÅ mặt tā do, sóng xung kích ưÿc chuyển thành sóng kéo, gây nąt bê tông á mąc á cao và gây nên sā vỡ mÁnh căa bê tông với tãc á cao [15] KÃt cÃu bê tông bị hư háng xÁy ra á tãc á biÃn d¿ng cao (hián tưÿng chÃn sāp) có thể bị Çy ra dưới d¿ng các mÁnh vỡ Đãi với áp lāc

ná d¿ng xung áng cāc h¿n, phÁn ąng căa kÃt cÃu BTCT xÁy ra trong mát thßi gian rÃt ngÃn nên không tßn t¿i quá trình cÁn nhớt [16] Đỉnh dịch chuyển Åu tiên căa kÃt cÃu có biên á lớn nhÃt, tiÃp theo là các ỉnh dịch chuyển có biên

á thÃp hơn áng kể KÃt cÃu thưßng bị phá ho¿i ngay trong lÅn dịch chuyển

Åu tiên do biÃn d¿ng quá mąc NÃu kÃt cÃu vưÿt qua ưÿc thì sÁ không bị hư háng trong các lÅn chuyển dịch tiÃp theo Do ó, ỉnh dịch chuyển Åu tiên thưßng ưÿc lāa chßn xem xét trong phân tích phÁn ąng căa kÃt cÃu BTCT ãi với áp lāc ná [17]

Để gia tng khÁ nng kháng lāc cho kÃt cÃu BTCT ã có nhiÅu giÁi pháp khác nhau như sử dāng các lo¿i bê tông mới, gia cưßng cho bê tông thông thưßng [6], và sử dāng vÁt liáu hÃp thā nng lưÿng ể giÁm áp lāc tác áng

Bê tông cãt sÿi (FRC) tương tā như BTCT, song thép cây ưÿc thay thà mát phÅn hoặc toàn bá bÅng các sÿi rßi r¿c Nhÿng sÿi này có thể ưÿc phân

lo¿i dāa trên vÁt liáu, lo¿i, chiÅu dài, hình d¿ng, phÅn thể tích và kÃt cÃu bÅ mặt căa chúng Thêm sÿi vào hßn hÿp bê tông có thể làm tng áng kể á d¿o cho

bê tông bÅng cách kÃt nãi các vÃt nąt vi mô và vĩ mô trong khãi kÃt dính bên trong bê tông [16] KÃt quÁ là, FRC thể hián ặc tính d¿o hơn so với bê tông thông thưßng không có cãt sÿi Cãt sÿi có thể nâng cao các ặc tính kỹ thuÁt căa khãi kÃt dính tùy thuác vào tính chÃt và sã lưÿng căa cãt sÿi ãi với táng khãi lưÿng bê tông [17] ĐiÅu này ã thúc Çy các nhà nghiên cąu coi FRC như mát giÁi pháp thay thà cho bê tông thông thưßng trong kÃt cÃu chịu tác áng từ

vā ná

Ąng xử căa kÃt cÃu bê tông cãt sÿi thép (SFRC) khi chịu tác dāng ná ã

ưÿc nghiên cąu bái Nam và cáng sā [18] KÃt quÁ cho thÃy, á bÅn uãn và á bÅn kéo căa sÿi thép ưÿc tng cưßng áng kể Khi kiểm tra á sâu và ưßng kính vùng chÃn sāp, viác bá sung thêm sÿi thép ã làm giÁm áng kể phá ho¿i này Hơn nÿa, dưới tác dāng căa vā ná, các phÅn tử BTCT thưßng bÅ mặt xuÃt hián vùng chÃn sāp lớn và các mÁnh vỡ bay ra theo nhiÅu hướng, trong khi các tÃm SFRC chỉ xuÃt hián nhÿng ãm nhá chÃn sāp [19]

Mát yÃu tã nÿa là khãi lưÿng sÿi thép có Ánh hưáng áng kể Ãn hiáu suÃt căa các tÃm bê tông cưßng á cao khi chịu tác dāng ná Chu-Jie và cáng sā ã chỉ ra rÅng viác tng khãi lưÿng sÿi thép có thể làm giÁm áng kể sóng ąng suÃt do ná trong FRC, giÁm gia tãc ỉnh á áy các tÃm bê tông và giÁm sā phá hăy các mặt tÃm [19]

Hiáu suÃt tương tā cũng ưÿc thể hián bái bê tông cãt sÿi polyetylen (PFRC) khi chịu tác dāng ná [20] PRFC có hiáu quÁ trong viác giÁm hư háng

do nąt vỡ và các mÁnh bê tông phóng ra ngoài kÃt cÃu bê tông Tuy nhiên, kích thước vùng chÃn sāp trong cÁ m¿u PFRC và bê tông thông thưßng là tương

ương nhau, nhưng táng á sâu phá hăy trong khãi PFRC thÃp hơn ĐiÅu này

có thể là do á dai căa sÿi cao hơn, PFRC thể hián á bÅn uãn cao hơn SFRC [20] Đá d¿o này là mát ặc tính cơ hßc rÃt quan trßng ãi với các phÅn tử chịu tác dāng ná vì sā phá hăy kÃt cÃu chă yÃu phā thuác vào sóng ąng suÃt kéo

ưÿc phÁn x¿ á mặt sau căa tÃm

Maalej và cáng sā ã nghiên cąu FRC lai (sử dāng kÃt hÿp sÿi thép và sÿi polyetylen trong cùng mát hßn hÿp bê tông) Hß kÃt luÁn rÅng viác sử dāng FRC lai làm tng khÁ nng chãng ná, chãng l¿i hián tưÿng chÃn sāp, vỡ và phân mÁnh thÃp hơn, ßng thßi thể hián khÁ nng hÃp thā nng lưÿng ná tãt hơn [21]

Ngoài các lo¿i sÿi, cưßng á nÅn bê tông có Ánh hưáng áng kể Ãn khÁ nng táng thể căa FRC khi chịu tác áng ná Song và cáng sā ã ánh giá tính nng căa bê tông cãt sÿi cưßng á siêu cao (UHFRC) khi chịu tác dāng ná [22] Các m¿u thử cho thÃy á bÅn cao hơn và hiáu suÃt vưÿt trái hơn vÅ khÁ nng chãng vā ná so với BTCT thông thưßng Há sã nén căa UHFRC khi ná tiÃp xúc là 0.041, gÃp khoÁng ba lÅn so với FRC bình thưßng Chính nhÿng ặc

iểm ưu viát này ã cho ra ßi bê tông cưßng á siêu cao và ã thu hút sā quan tâm ngày càng lớn Ãn viác sử dāng các ặc tính ưu viát căa nó trong viác chãng nąt và tiêu hao nng lưÿng căa áp lāc ná

Bê tông cãt sÿi thép cưßng á siêu cao (UHSFRC) là mát thà há vÁt liáu kÃt dính tương ãi mới ThiÃt kà hßn hÿp căa nó ưÿc ặc trưng bái hàm lưÿng

xi mng cao và tỷ lá nước/xi mng rÃt thÃp Lo¿i bá các cãt liáu thô và tãi ưu hóa phân cÃp kích thước h¿t d¿n Ãn mÁt á óng rÃn h¿t cãt liáu cao và giÁm thiểu sā không ßng nhÃt UHSFRC có khÁ nng hÃp thā nng lưÿng rÃt cao, nng lưÿng ąt gãy căa nó nÅm trong khoÁng từ 20,000 Ãn 40,000 J/m2 [23] Mát sã lo ng¿i ã nÁy sinh liên quan Ãn các vÃn Å mÃt án ịnh tiÅm Çn căa UHSFRC và chi phí cao căa nó so với hiáu quÁ thu ưÿc Yi và cáng sā ã khÁo sát khÁ nng kháng ná căa UHSFRC so với bê tông thông thưßng Các phép o chuyển vị, biÃn d¿ng và gia tãc từ các thử nghiám vā ná cho thÃy, các m¿u UHSFRC có khÁ nng chãng ná cao hơn so với các m¿u bê tông thông thưßng ĐiÅu này ưÿc cho là do sā hián dián căa các sÿi thép ngÃn trong hßn hÿp bê tông, giúp cÁi thián các ặc tính giÁm vÃt nąt và khÁ nng hÃp thā nng lưÿng Trái ngưÿc với m¿u bê tông thông thưßng, m¿u UHSFRC cho thÃy chuyển vị thÃp hơn và ít vÃt nąt hơn Các thử nghiám m¿u bê tông chịu tác

áng ná cho thÃy, viác sử dāng UHSFRC ã nâng cao hiáu quÁ giÁm vÃt nąt

và khÁ nng hÃp thā nng lưÿng mát cách áng kể [24]

Đãi với các kÃt cÃu hoặc tòa nhà hián có khi chịu tác áng căa vā ná, cÅn

có các phương pháp mới ể bÁo vá và tng cưßng thêm khÁ nng chãng ná cho kÃt cÃu Sÿi polyme gia cã (FRP) là vÁt liáu táng hÿp ưÿc làm từ cÃu trúc cao phân tử và ưÿc dát bÅng các sÿi có các ặc tính cơ hßc và hình hßc khác nhau Khi kÃt cÃu bê tông thông thưßng ưÿc bá sung thêm lớp gia cã sÿi polyme làm cho ặc tính cơ hßc ưÿc cÁi thián và khÁ nng hÃp thā nng lưÿng ưÿc nâng cao, nên các tÃm FRP ưÿc sử dāng trong các há thãng chãng ná Các thử

nghiám ná khác nhau ã ưÿc thāc hián trên các kÃt cÃu BTCT thông thưßng

ưÿc gia cã thêm FRP

Trong nước, GS Vũ Đình Lÿi và các cáng sā ã có nhiÅu nghiên cąu thāc nghiám hián trưßng ể ánh giá khÁ nng chãng ná căa kÃt cÃu chịu tác dāng

ná khi ưÿc gia cưßng các tÃm polyme sÿi carbon (CFRP) và tÃm polyme sÿi thăy tinh (GFRP) [25] KÃt quÁ nghiên cąu cho thÃy, khÁ nng chãng ná căa tÃm BTCT tng áng kể so với không ưÿc gia cưßng, ặc biát khi tng lưÿng

ná hián tưÿng chÃn sāp trên các tÃm BTCT có gia cưßng không xuÃt hián trên cùng mát khãi lưÿng ná và khoÁng cách so với tÃm BTCT không ưÿc gia cưßng Mát óng góp lớn nÿa căa các nghiên cąu này khi chă trương thay thà các thanh cãt thép thông thưßng bÅng các thanh cãt sÿi GFRP, với māc tiêu áp dāng cho các công trình trên há thãng các Áo xa bß chãng l¿i các yÃu tã xâm thāc m¿nh từ môi trưßng biển tới cãt thép Thử nghiám ná ưÿc tiÃn hành trên các tÃm BTCT và các mô hình thu nhá cho thÃy kÃt quÁ tãt trong iÅu kián cÃp chịu lāc căa công trình cÅn áp dāng Mát mô hình thāc căa công trình ã ưÿc tác giÁ xây dāng và thử nghiám với áp lāc ná Ám bÁo khÁ nng chịu lāc trong cÃp kháng lāc ưÿc xác ịnh cho lo¿i công trình ó Tuy nhiên, mát sã vÃn Å khó khn nhÃt là viác t¿o hình các thanh cãt GFRP không thāc sā thuÁn lÿi trong iÅu kián thi công thāc tÃ

Trên thà giới, Muzsynski và Purcell ã tiÃn hành mát lo¿t các thử nghiám

ná quy mô lớn trên các bąc tưßng BTCT thông thưßng ưÿc gia cã thêm tÃm CFRP và GFRP [26] KÃt quÁ cho thÃy, viác gia cã thêm trên bÅ mặt chịu kéo căa tưßng ã tng cưßng khÁ nng chãng ná căa kÃt cÃu so với các bąc tưßng không ưÿc gia cã KÃt quÁ ãi với các bąc tưßng ưÿc gia cã thêm trên bÅ mặt chịu nén căa chúng cho thÃy các bąc tưßng có thể chãng l¿i ąng suÃt và chuyển vị cao hơn mà không bị phá ho¿i so với các bąc tưßng không ưÿc gia

cã

Razaqpur và cáng sā ã nghiên cąu nhÿng cÁi tiÃn trong khÁ nng chãng

ná căa các tÃm BTCT thông thưßng ưÿc gia cã thêm trên mßi mặt với hai tÃm GFRP ưÿc sÃp xÃp theo hình chÿ thÁp, với mßi tÃm nÅm song song với mát trong các c¿nh căa tÃm (Hình 1.3) [27]

Hình 1.3 Tấm bê tông gia cường sợi FRP [27]

à áp lāc ná thÃp (thử nghiám thuãc ná amoni nitrat (ANFO) với khãi lưÿng ná 22.4 kg và khoÁng cách 3.1 m), tÃm bê tông ưÿc gia cã thêm GFRP thể hián khÁ nng chãng ná cao hơn áng kể so với tÃm BTCT không ưÿc gia

cã Đá bÅn tĩnh sau vā ná căa tÃm bê tông ưÿc gia cã thêm lớn hơn 75% so với căa tÃm bê tông không ưÿc gia cã à áp lāc ná cao (thử nghiám ná ANFO với khãi lưÿng 33.4 kg và khoÁng cách 3.1 m), hiáu suÃt căa các tÃm ưÿc gia

cã thêm so với các tÃm không ưÿc gia cã là không nhÃt quán Trong mát sã trưßng hÿp, tÃm BTCT ưÿc gia cã thêm ho¿t áng tãt hơn tÃm BTCT không

ưÿc gia cã, trong khi các trưßng hÿp khác cho thÃy xu hướng ngưÿc l¿i Từ kÃt quÁ căa các tÃm BTCT khi chịu áp lāc cao hơn á mát mąc nào ó, rÃt khó

ể ưa ra kÃt luÁn chÃc chÃn vÅ hiáu quÁ giÁm áp lāc ná căa các tÃm có gia cưßng GFRP

Ha và các cáng sā ã Å xuÃt mát lo¿i vÁt liáu mới bá sung cho khÁ nng kháng ná, bao gßm sử dāng kÃt hÿp CFRP và phun sơn polyurea (PU) [28] VÁt liáu này có thể cÁi thián á cąng, á d¿o và hiáu ąng bÃn mÁnh vỡ căa các kÃt cÃu BTCT ưÿc gia cưßng, vì nó là sā kÃt hÿp căa vÁt liáu có á cąng và á bÅn cao và vÁt liáu có á d¿o cao Các m¿u thử nghiám là bê tông thưßng, ưÿc gia cã thêm CFRP, PU và CPU (CFRP lai với PU) Mát kiểu nąt d¿ng lưng rùa rßi r¿c ưÿc quan sát thÃy trong các m¿u BTCT Các ưßng nąt có hình d¿ng căa mát lo¿i lng trā hình nón với ưßng chÁy d¿o từ tâm Ãn bãn góc, cho thÃy cơ chà phá ho¿i màng hai chiÅu Ngoài ra, các vÃt nąt cÃt chéo hình thành trên các bÅ mặt bên, cho thÃy khÁ nng bị trưÿt căa tÃm Các phân bã vÃt nąt

do cÃt chỉ ra rÅng, viác thiÃt kà các kÃt cÃu bÁo vá bê tông thông thưßng phÁi

xem xét khÁ nng chịu cÃt Các m¿u ưÿc gia cã thêm CFRP ã bị bong tróc

và hư háng nghiêm trßng á tâm và rìa mép Các m¿u PU cho thÃy nhiÅu vÃt nąt

và bong tróc hơn so với các m¿u CFRP Các m¿u lai CPU ít hián rõ sā hư h¿i trên bÅ mặt căa tÃm, cho thÃy hiáu quÁ gia cưßng tãt hơn Dāa trên kÃt quÁ thử nghiám, các m¿u CFRP, PU và CPU có hiáu quÁ tng cưßng lÅn lưÿt là 21.4%, 15.7% và 37.4% so với các m¿u bê tông thông thưßng ĐiÅu này cho thÃy rÅng, các m¿u lai CPU có mąc kháng lāc cao nhÃt và có khÁ nng ¿i dián cho mát kiểu gia cã chãng tác áng ná

Tương tā, Ohkubo và cáng sā ã nghiên cąu hiáu quÁ căa viác sử dāng các tÃm cãt sÿi ể gia cưßng cho các tÃm bê tông chịu tác dāng ná [29] Sā phá ho¿i căa các tÃm bê tông thưßng và bê tông tng cưßng ã ưÿc kiểm chąng Hai lo¿i tÃm cãt sÿi khác nhau ã ưÿc ánh giá, bao gßm CFRP và sÿi aramid (AFRP) ChiÅu dày tÃm bê tông thāc nghiám 100 mm và cưßng á m¿u bê tông

là 25.9 MPa Sā phá ho¿i căa m¿u bê tông ãi chąng là mát vùng chÃn sāp á phía ãi dián với lưÿng ná bị nąt vỡ áng kể Đãi với các tÃm bê tông ưÿc gia

cã thêm mát tÃm CFRP thì sā phá ho¿i là vùng chÃn sāp, nąt vỡ, vÃt nąt chéo

và hư h¿i bÅ mặt với mąc á nhá hơn so với các tÃm bê tông không ưÿc gia

cã Đãi với các m¿u thử ưÿc gia cã mát tÃm AFRP, sā phá ho¿i bao gßm vùng chÃn sāp và hư h¿i bÅ mặt nhá i áng kể Khi tng sã lưÿng tÃm gia cưßng lên hai tÃm thì gia cã bÅng tÃm CFRP không cho thÃy sā thay ái áng kể trong các chà á phá ho¿i căa chúng so với tÃm tng cưßng bÅng mát tÃm Ngưÿc l¿i, khi sử dāng hai tÃm AFRP thì vùng chÃn sāp gÅn như không hình thành Do

ó, tÃm AFRP hiáu quÁ hơn nhiÅu trong viác tng cưßng khÁ nng chãng ná căa bê tông so với tÃm CFRP trong viác giÁm sā phá ho¿i kÃt cÃu Viác giÁm

ưßng kính vùng chÃn sāp ãi với các tÃm ưÿc gia cã bÅng mát lớp tÃm CFRP

là 10% so với mąc giÁm 43% ãi với các tÃm ưÿc gia cã bÅng mát lớp tÃm AFRP Sā cÁi thián thÁm chí còn rõ rát hơn khi sử dāng hai lớp ể gia cã là giÁm 40% ưßng kính vùng chÃn sāp ãi với CFRP và hơn 62% ãi với các tÃm AFRP Tác áng căa viác tng gÃp ôi sã lưÿng tÃm CFRP và AFRP ãi với á sâu căa vùng chÃn sāp là không áng kể Tuy nhiên, các m¿u ưÿc tng cưßng bÅng các tÃm AFRP cho thÃy á sâu căa vùng chÃn sāp giÁm i khoÁng bãn lÅn so với các m¿u ưÿc tng cưßng bÅng các tÃm CFRP ĐiÅu này cho thÃy khÁ nng chãng ná ưÿc tng cưßng cao hơn căa AFRP

Ngoài ra, tÃm polyme gia cưßng bÅng thép (SRP) ã ưÿc Å xuÃt như mát giÁi pháp thay thà tiÅm nng cho CFRP ể tng cưßng cho dÅm BTCT Do

thành phÅn thép có trong lo¿i vÁt liáu này, các tÃm SRP có giá thành thÃp hơn

và có thể lÃp ặt ưÿc t¿i các vị trí vuông góc nhưng cÅn sā chuÇn bị bo góc tãi thiểu ể tng sā bám dính giÿa tÃm gia cã và kÃt cÃu KhÁ nng kháng ná ưÿc

so sánh giÿa các m¿u không ưÿc gia cã và ưÿc gia cã bÅng tÃm SRP ưÿc Carriere và cáng sā thāc hián [30] Tng cưßng các cÃu kián BTCT bÅng tÃm SRP cho thÃy bê tông ít bị phá ho¿i hơn ĐiÅu này có ưÿc là do hiáu ąng tng cưßng khÁ nng chịu lāc căa kÃt cÃu sau khi ưÿc gia cã tÃm SRP

Trong tā nhiên có các thể lß rßng có trong xương, tá ong, thân cây và thành tà bào sãng, như trong Hình 1.4

Các vÁt liáu thành phÅn căa nhÿng d¿ng này ưÿc phân phãi mát cách hiáu quÁ ể ¿t ưÿc á bÅn cao như cÃu trúc nhẹ hoặc tính linh ho¿t cao tuân theo kÃt quÁ căa quá trình tiÃn hóa và chßn lßc tā nhiên Do ó, cÃu trúc d¿ng màng cąng bên ngoài và thể rßng bên trong giúp cho cÃu trúc có á cąng, á bÅn cao và trßng lưÿng tương ãi thÃp Chúng cũng có khÁ nng hÃp thā nng lưÿng cao, cùng với các ặc tính cách nhiát và cách âm

Mát ặc tính quan trßng trong ąng xử cơ hßc căa vÁt liáu có cÃu trúc lß rßng (vÁt liáu xãp) là thÅm chÁy d¿o dài căa vÁt liáu khi chịu nén, cho phép vÁt liáu có khÁ nng cao trong viác hÃp thā nng lưÿng Đặc iểm này căa vÁt liáu

ã nÁy sinh nhiÅu ý tưáng trong viác ąng dāng ể làm kÃt cÃu bÁo vá, nhÅm giÁm thiểu tác áng căa áp lāc ná lên kÃt cÃu công trình

Hình 1.5 Quan hệ āng suất - biến d¿ng đặc trưng vật liệu xốp

Tỷ lá hÃp thā nng lưÿng (hÃp thā nng lưÿng trên mát dián tích) có thể

ưÿc tính bÅng cách sử dāng ưßng cong ąng suÃt - biÃn d¿ng [31] Với vÁt liáu xãp kim lo¿i, tỷ lá hÃp thā nng lưÿng ưÿc tng lên khi mÁt á tng là do khÁ nng chãng biÃn d¿ng tng nhanh theo mÁt á kim lo¿i Kim lo¿i d¿ng xãp cho thÃy tãc á biÃn d¿ng 5 ~ 40km/h với kÃt quÁ biÃn d¿ng 23 ~ 93% Do ó,

nó có hiáu quÁ cao trong viác hÃp thā nng lưÿng VÁt liáu xãp kim lo¿i nhôm (nhôm bßt (Aluminium foam)), kÃt hÿp nhôm và các lß rßng ang ưÿc công nhÁn là chÃt hÃp thā nng lưÿng có thể áp ąng các yêu cÅu tng cưßng trong hÃp thu nng lưÿng d¿ng xung lāc và áp lāc ná [31-37] Tỷ trßng căa nhôm bßt thông thưßng bÅng 10% nhôm nguyên khãi, khÁ nng biÃn d¿ng cao và vÁt liáu này cho thÃy tính nng hÃp thā va ch¿m lớn hơn gÃp ba lÅn so với nhôm thông thưßng nên ưÿc dùng nhiÅu trong viác phát triển kÃt cÃu bÁo vá chãng tác dāng ná

Nhìn chung vÁt liáu xãp là vÁt liáu nhẹ, ưÿc phát triển có thể ưÿc sử dāng làm lớp bÁo vá cho các kÃt cÃu trước các tác áng xung kích Chúng ưÿc

ặc trưng bái khÁ nng hÃp thā nng lưÿng cao với giá thành tương ãi thÃp KÃt cÃu công trình bÅng bê tông thông thưßng khi ưÿc bÁo vá bÅng lớp phă xãp, lớp xãp sÁ trÁi qua biÃn d¿ng lớn và hÃp thā mát lưÿng lớn nng lưÿng ná,

do ó nâng cao khÁ nng chãng l¿i áp lāc ná căa kÃt cÃu cÅn ưÿc bÁo vá Trong sã các d¿ng vÁt liáu xãp thông dāng hián nay thì nhôm bßt là vÁt liáu mới ưÿc phát triển, bao gßm mát m¿ng lưới kim lo¿i d¿ng xương liên thông với nhau hoặc có màng óng kín như d¿ng các túi chąa khí Do thÅm d¿o dài căa vÁt liáu khi nén, nhôm bßt cho phép hÃp thā nng lưÿng cao á mąc ąng suÃt gÅn như không ái ĐiÅu này làm cho nó trá thành vÁt liáu <hoàn hÁo= ể giÁm áp lāc ná lên kÃt cÃu

1.2.3 Bàn luận hiệu quÁ các giÁi pháp

Các vÁt liáu có á bÅn cao, khÁ nng hÃp thā nng lưÿng cao và á d¿o cao, ưÿc khuyÃn nghị sử dāng cho māc ích giÁm tác áng căa áp lāc ná lên kÃt cÃu công trình Bê tông cãt sÿi cưßng á cao tiêu hao nhiÅu nng lưÿng hơn

so với bê tông thông thưßng do cưßng á kéo cao hơn và Ánh hưáng áng kể căa sÿi trong viác h¿n chà các vÃt nąt Các mÁnh bê tông vỡ ra và bÃn ra xa có thể ưÿc giÁm thiểu bÅng cách sử dāng thép hoặc FRC do chúng tng cưßng

á cũng như á d¿o căa bê tông Thay ái hàm lưÿng vÁt liáu chà t¿o cãt sÿi

có thể d¿n Ãn sā thay ái căa kiểu hình thành vÃt nąt và giÁm chuyển vị tãi a khi kÃt cÃu chịu áp lāc ná Viác tng tỷ lá cãt thép trong các cÃu kián BTCT giúp tng cưßng khÁ nng chịu tÁi và khÁ nng hÃp thā nng lưÿng căa chúng khi chịu tác dāng căa áp lāc ná Ngoài ra, sử dāng bê tông dß vỡ cũng có thể là mát giÁi pháp bÁo vá hiáu quÁ, giÁm thiểu tác áng căa vā ná khi ưÿc ặt á khoÁng cách an toàn và sā nąt vỡ căa bê tông dß vỡ thành nhÿng mÁnh nhá thưßng i kèm với sā tiêu tán mát lưÿng lớn nng lưÿng ná thay cho nhÿng tưßng rào bÅng bê tông thông thưßng

Đãi với các kÃt cÃu công trình hián có và chưa ưÿc tính toán thiÃt kà chịu tác dāng căa tÁi trßng thì viác gia cã các kÃt cÃu bê tông với lớp tÃm cãt sÿi, hay phun sơn polyurea phă bên ngoài có thể nâng cao khÁ nng chịu chịu lāc căa kÃt cÃu Tuy nhiên, kÃt cÃu công trình v¿n phÁi tiÃp nhÁn toàn bá áp lāc ná nên v¿n có nguy cơ bị hư háng Mát yÃu tã khác là các giÁi pháp này cÅn thßi gian khá dài (khoÁng 72 giß hoặc hơn) ể Ám bÁo vÁt liáu gia cưßng có thể chịu lāc ưÿc Mặt khác, viác thi công lÃp dāng (dán tÃm cãt sÿi, phun sơn) cũng yêu cÅu kỹ thuÁt cao và máy móc chuyên dùng

Viác sử dāng kÃt cÃu bÁo vá ưÿc cÃu t¿o từ vÁt liáu xãp bao che bên ngoài kÃt cÃu công trình, sÁ hÃp thā và tiêu tán mát phÅn lớn nng lưÿng tác

áng căa áp lāc ná trước khi tác áng vào kÃt cÃu công trình Từ ó làm giÁm khÁ nng bị hư háng và gia tng khÁ nng chịu lāc căa kÃt cÃu công trình khi

ưÿc tính toán phù hÿp với cÃp áp lāc ặt ra Ngoài ra, với trßng lưÿng nhẹ và linh ho¿t kÃt cÃu bÁo vá d¿ng này có thể ưÿc lặp dāng ơn giÁn, tháo lÃp và

di chuyển khái kÃt cÃu công trình, cũng như có thể t¿o hình dß dàng ể Ám bÁo vÅ mặt không gian và thÇm mỹ cho công trình Bên c¿nh ó kÃt cÃu bÁo vá ho¿t áng ngay ưÿc sau khi lÃp dāng và viác thi công lÃp dāng các tÃm kÃt cÃu bÁo vá ãp bên ngoài cũng ơn giÁn hơn so với các giÁi pháp gia cưßng bÅng tÃm cãt sÿi hay phun sơn Do ó, viác nghiên cąu ąng dāng vÁt liáu xãp cÃu

t¿o thành kÃt cÃu bÁo vá cho kÃt cÃu công trình chịu tác dāng căa áp lāc ná có tính khÁ thi và thāc tißn cao

1.3 Ąng dāng v¿t liáu xãp giÁm tác đáng căa áp lāc ná

Các nghiên cąu công bã gÅn ây Åu cho thÃy khÁ nng giÁm tác dāng ná căa vÁt liáu xãp ặc biát vÁt liáu là nhôm bßt

Nghiên cąu căa Mukai và cáng sā, Ma và Ye, các tác giÁ ã chỉ ra: VÁt liáu nhôm bßt rÃt phù hÿp ể sử dāng làm kÃt cÃu bÁo vá cho kÃt cÃu chịu lāc (hư háng sau khi chịu tác dāng căa áp lāc ná), vì chúng có trßng lưÿng thÃp, r¿

và ặc biát có khÁ nng hÃp thā nng lưÿng lớn hơn so với các vÁt liáu khác [32, 38]

Trong các nghiên cąu căa Ashby và cáng sā, Montanini cho thÃy kim lo¿i cÃu trúc lß rßng bao gßm vÁt liáu nÅn kim lo¿i và các lß rßng chąa khí á bên trong (iển hình là vÁt liáu nhôm bßt) Khi chịu tác dāng nén ép từ bên ngoài, vÁt liáu d¿ng này cho phép hÃp thā nng lưÿng cao á mąc ąng suÃt gÅn như không ái, làm cho nó trá thành mát vÁt liáu lý tưáng ể giÁm tác áng căa tÁi

ná lên kÃt cÃu cÅn bÁo vá [31, 39]

Các nghiên cąu căa Skews và cáng sā, Hanssen và cáng sā, Chengqing

Wu và cáng sā, cho thÃy khi vā ná xÁy ra, lớp vÁt liáu xãp trÁi qua mát quá trình biÃn d¿ng lớn, hÃp thā mát lưÿng lớn nng Dāa trên ịnh luÁt bÁo toàn

áng lưÿng, khi áp lāc ná tác áng lên mát kÃt cÃu ưÿc bÁo vá bÅng vÁt liáu xãp, xung tác dāng trên vÁt liáu xãp giãng như xung truyÅn vào tác dāng lên kÃt cÃu ưÿc bÁo vá [33] Các lớp vÁt liáu xãp kéo dài quá trình tÁi ná và chúng làm giÁm áp lāc cāc ¿i tác áng lên bÅ mặt tiÃp xúc giÿa xãp và thành phÅn kÃt cÃu ưÿc bÁo vá, như minh hßa trong Hình 1.6 Trong Hình 1.6, áp lāc ná

ưÿc thể hián dưới d¿ng áp lāc tuyÃn tính theo thßi gian p(t) và lāc truyÅn σ(t)

ưÿc coi là ąng suÃt trên Vùng 2 trong quan há ąng suÃt - biÃn d¿ng căa vÁt liáu xãp [34] Do ó, áp lāc ná có thể ưÿc giÁm thiểu bÅng cách sử dāng tÃm

ãp bÅng vÁt liáu xãp nÃu kÃt cÃu bÁo vá ưÿc thiÃt kà phù hÿp [35]

Hình 1.6 Áp lực nổ và áp lực khi truyền qua vật liệu xốp [34]

Karagiozova và cáng sā ã nghiên cąu các tính chÃt căa tÃm nhôm cÃu trúc tá ong và polystyrene chịu áp lāc ná gÅn bÅng cÁ thử nghiám và mô hình

sã [40] Hß ã chỉ ra rÅng, khi tÁi tng lên, sā tng mÁt á căa vÁt liáu có thể d¿n Ãn viác truyÅn lāc cao Ãn mặt sau căa các tÃm thí nghiám ĐiÅu này cho thÃy rÅng các vÁt liáu hÃp thā nng lưÿng chỉ có thể ưÿc tãi ưu hóa cho mát tÁi cā thể và có thể không làm viác với hiáu suÃt tãt khi vưÿt qua giá trị tÁi trßng cho phép Hß cũng nhÁn thÃy rÅng, lāc truyÅn Ãn mặt sau căa các tÃm thí nghiám tng lên với các tÃm vÁt liáu xãp máng hơn Đánh giá này cũng ưÿc

hß trÿ bái Zhu, ngưßi ã so sánh mát lo¿t các vÁt liáu nhôm cÃu trúc tá ong và nhôm bßt [41] Đãi với các tÃm dày hơn, lāc truyÅn có liên quan Ãn hiáu suÃt căa vÁt liáu xãp (tỷ lá giÿa nng lưÿng hÃp thā trên mát ơn vị khãi lưÿng và mÁt á vÁt liáu) ĐiÅu này d¿n Ãn gÿi ý rÅng các vÁt liáu nhẹ hơn với ąng suÃt trên Vùng 2 tháa mãn áp lāc do vā ná gây ra, có thể là vÁt liáu hÃp thā tác áng tãt nhÃt và khi sử dāng lớp vÁt liáu xãp dày sÁ là khÁ thi với áp lāc tác dāng cao hơn

BÅng nghiên cąu thāc nghiám căa mình H Bornstein và K Ackland ã công bã các kÃt quÁ thāc nghiám ná cho các vÁt liáu khác nhau bao gßm: Nhôm bßt, Skydex®, Nomex® cÃu trúc tá ong và xãp EPS (Expandable PolyStyrene) [36] KÃt quÁ cho thÃy nhôm bßt có tác dāng vưÿt trái so với các vÁt liáu còn l¿i khi chịu tác dāng căa áp lāc ná tương ương

Điểm h¿n chà trong thí nghiám này là các tÃm vÁt liáu có chiÅu dày không thãng nhÃt trong ó nhôm bßt có chiÅu dày nhá nhÃt 14mm còn Skydex® có chiÅu dày lớn nhÃt là 25mm ĐiÅu này càng cho thÃy khÁ nng giÁm tác dāng

áp lāc ná căa nhôm bßt rÃt lớn

Hình 1.7 Nhôm bọt, Skydex®, Nomex® tổ ong và xốp EPS trong thí nghiệm

cÿa H Bornstein và K Ackland [36]

Các thử nghiám ná quy mô Åy ă trên các tÃm tưßng BTCT ưÿc phă thêm nhôm bßt ã ưÿc tiÃn hành gÅn ây Các quan sát từ các nghiên cąu ưÿc thāc hián bái Schenker và cáng sā chỉ ra rÅng, các m¿u thí nghiám ưÿc bÁo