Đang tải... (xem toàn văn)
Đề tài được thực hiện với mục đích nghiên cứu ứng xử công trình khi được gia cường với vật liệu FRP cho công trình ban đầu. Đề tài được thực hiện dựa trên thí nghiệm thực tế được thực hiện đối với một công trình tại miền Nam nước Ý. Qua đó, thực hiện hai thí nghiệm: 1. Công trình nguyên sơ chịu lực động đất. 2. Công trình được gia cường với vật liệu FRP chịu lực động đất. Đồng thời tiến hành mô hình kết cấu bằng SAP2000 để so sánh với kết quả thực nghiệm.
GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH GIỚI THIỆU Đề tài thực với mục đích nghiên cứu ứng xử cơng trình gia cường với vật liệu FRP cho cơng trình ban đầu Đề tài thực dựa thí nghiệm thực tế thực cơng trình miền Nam nước Ý Qua đó, thực hai thí nghiệm: Cơng trình ngun sơ chịu lực động đất Cơng trình gia cường với vật liệu FRP chịu lực động đất Đồng thời tiến hành mơ hình kết cấu SAP2000 để so sánh với kết thực nghiệm GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH MỤC LỤC A Thí nghiệm thực tế I Giới thiệu II Thí nghiệm thực tế với cơng trình BTCT có tường Masonry III.Thí nghiệm thực tế với cơng trình ban đầu gia cường FRP 22 IV.Đánh giá kết nhận xét 31 B Mơ hình cơng trình với SAP2000 33 I Mơ hình cơng trình BTCT có tường Masonry II Mơ hình cơng trình gia cường FRP 11 C Nhận xét - Kết luận 14 D Tính tốn với phần mềm FRP-Analysis 14 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH A THÍ NGHIỆM THỰC TẾ I Giới thiệu Thử nghiệm sau thực cơng trình bê tơng cốt thép thực Tòa nhà thử nghiệm sụp đổ tác dụng tải trọng đứng tải trọng ngang cấu hình ban đầu để tính đến diện cầu thang, tường phân chia tất yếu tố xây dựng khác (tường trong, trải, cửa sổ khung cửa) Cơng trình thử nghiệm nằm huyện Bagnoli Naples, khu vực nhà máy thép trước tên ILVA Cơng trình thử nghiệm coi đại diện số lượng lớn cơng trình BTCT miền Nam nước Ý, xây dựng sau chiến II năm 50, 60 70 Naples coi khu vực khơng chịu tác động địa chấn Figure 1a cho thấy tòa trước thử nghiệm Ở đây, tài liệu trình bày thảo luận kết điều tra dựa thực nghiệm / mơ hình phản ứng chịu tải ngang cơng trình BTCT thực gia cường chống động đất sợi carbon (C-FRP) Cơng trình thử nghiệm lần đầu điều kiện ban đầu nó, chịu tác động tuần hồn Cơ chế sụp đổ điển hình cơng trình BTCT có tường Masonry hình thành vết nứt chéo tường phân chia Sau thí nghiệm đầu tiên, cơng trình sửa chữa lại gia cường với vật liệu C-FRP hình thức Near Mounted Surface Bars Cơng trình thử nghiệm tác dụng tải trọng tuần hồn cho thấy hiệu việc gia cường thêm vật liệu C-FRP với gia tang đáng kể khả chuyển vị ngang cơng trình Mơ tả cơng trình Bản vẽ thiết kế ban đầu cơng trình cho thây cơng trình thiết kế chịu tải trọng đứng Tại sàn tầng 1, tất dầm có kích thước 20cmx60cm, riêng dầm chuyển theo phương X tiết diện 25cmx60cm Tại sàn tầng 2, tất dầm có kích thước tiết diện 15cmx60cm, riêng với dầm chuyển theo phương X 25cmx60cm Cột có kích thước 30cmx30cm với 12 cấy thép có gân (đường kính 12mm) bố trí theo chuh vi tiết diện cột Chiều cao tầng 1:4.6m tầng 2: 8.95m (tính từ mặt nền) Các chi tiết kết cấu thiết kế GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH theo tiêu chuẩn cũ nước Ý (khơng có tính đến động đất) Ví dụ như, cốt đai dầm cột khơng liên tục, khoảng cách đai lớn đoạn uốn thép khơng đảm bảo Ngồi ra, việc đảm bảo chiêu dài neo hay đoạn nối chồng cốt thép khơng quan tâm Cùng với việc khơng confinement nút, chỗ giao cột dầm Đối với tường masonry, cấu tạo gồm lớp: lớp ngồi dày 10cm làm semi-hollow tile block, lớp dày 10cm làm từ semi-hollow light concrete block Tường phân chia bên cơng trình dày 10cm làm từ semi-hollow light concrete block Ứng xử kết cấu dự đốn chịu ảnh hưởng lớn diện cầu thang tang Cầu thang cấu thành từ bê tơng nới với chiếu nghỉ GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH Figure 4: Geometry and reinforcement of the existing structure GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH II Thí nghiệm thực tế với cơng trình BTCT có tường Masonry (Thí nghiệm PUSHOVER) Loading and Measuring devices Tòa nhà phải chịu lực ngang, mơ tác động động đất, áp dụng phần đại diện cho kết phân bố lực hình tam giác tăng lên đỉnh cơng trình Tải đứng tạo trọng lượng tòa nhà, bao gồm trọng lượng tất thành phần KC sau hồn thiện (tường ngăn, bên bên ngồi khung hình số đồ đạc) Tải ngang tạo cách sử dụng kích thủy lực,mỗi kích đẩy xa tối đa 60 cm, gây lực nén tối đa 496kN lực kéo tối đa 264 kN (tương đương gây tổng lực đẩy tối da cho cơng trình 2976 kN tổng lực kéo 1584kN) Tất kết nới máy bơm thủy lực mạch để đàm bảo áp lực kích nhu nhau.Kích đặt độ cao 7.31m với khoảng cách kích 3.64m.Các lực ngang truyền vào sàn thong qua kết cấu khung thép GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH Phương thức tác dụng lực dụng cụ Tải tác động thành chu kỳ.Chu cách tác dụng lực đẩy vào cơng trình đạt giá trị +1872kN.Sau chuyển hướng tác dụng lực ngược lại đạt giá trị -1588kN(khả kéo tối đa kích) Chu kỳ thứ 2,tương tự chu kỳ thứ nhất, tác dụng lực kéo đạt đến gia trị +2106kN đảo chiều lực đến đạt lực kéo -1572kN Chu kỳ thứ 3, với mục đích gây mức độ nguy hiểm cao cho kết cấu,dự định tác động lực đẩy mạnh vào cơng trình vượt qua ngưỡng chịu lực tối đa cơng trình Phản lực tổng xác định từ việc đo lường áp lực,á lực ghi lại máy đo KTS với độ chình xác 1bar Chuyển vị ngang S cơng trình ghi lại Zeiss Trimble S10 (máy kinh vĩ tia Laser có độ xác đến 10mm) phương phap2 sử dụng phản xạ từ mục tiêu(8 điểm đo dạc) Đặc biệt, có điểm đo đạc, điểm sàn tầng điểm sàn tầng Ghi lại kết điểm sau lần tác dụng lực Kết thực nghiệm Kết cấu bị tác dụng để tang chuyển vị ngang phát triển cấu phá hủy “dẻo” rõ rang.Kết thí nghiệm biểu diễn dạng biểu đồ lực cắt – chuyển vị sau GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH Đối với chu kỳ tải đầu tiên, dấu hiệu nguy hiểm rõ rệt chưa xuất mặt ngồi tường phân chia ngồi,những vết nứt với bề rộng nhỏ 1mm hình thành mặt tường ngồi Đặc biệt tường định hướng mặt phẳng tải trọng tác dụng.Ở cấp tải trọng lớn (+1872kN), dịch chuyển trung bình sàn tầng 1.004cm sàn tầng 0.414cm Độ cứng ban đầu cơng trình, xem dịch chuyển trung bình tầng 2, 3166kN/cm Chu kỳ tải thứ 2, phản ứng kết cấu đặc trưng giảm độ cứng mức thiệt hại nhỏ Đặc biệt sàn tầng 1,nhận thấy có mở rộng vết nứt xuất chu kỳ tải thứ tác dụng lực đẩy lớn xuất thêm nhung vết nứt mặt ngồi chu vi tường phía tây (đối diện với cấu phản ứng) tương ứng với tầng thứ ( cửa sổ) Những vết nứt nghiêng góc 450 có bề rộng nhỏ 1mm Chuyển vị trung bình tầng tầng ứng với lực đẩy lớn +2106kN 1.318cm 0.779cm.Trong ứng với lực kéo lớn (-1572kN) chuyễn vị trung bình 10 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH Phân tích Push-over cho kết cấu khung BTCT khối xây Phân tích pushover áp dụng nhờ vào ứng dụng mô hệ lực ngang tải phân bố tam giác ngược Tại tầng, lực đặt tâm khối lượng Kết phân tích cho thấy thông tin cấu sụp đổ loại cột với thông tin khớp dẻo cột cuối sàn thứ cột liên quan đến cầu thang 34 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH Kết cấu đạt đến cường độ đạt đỉnh cực đại khoảng 1600KN ứng với chuyển vò ngang 3cm Hình vẽ thể mô hình kết giai đoạn cấu sụp đổ lực cắt đáy chống lại chuyển vò ngang MÔ HÌNH CỦA KẾT CẤU KHUNG BTCT CÓ TƯỜNG XÂY Mô hình kết cấu bê tông cốt thép có tường xây thực theo đề nghò A1-Chaar A1-Chaar giới thiệu mô hình cho loại kết cấu ý nghóa hệ chống tương đương Những lỗ mở đưa vào cách giảm hệ số Bảng sau đưa giá trò cường độ, độ cứng kích thước hình học chống tương đương khác 35 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH 36 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH Quy tắc tạo chống chéo: Để đánh giá thông số chuyển vò qui tắc tạo tường đặc khác nhau, bảng 7-9 FEMA 356 xem xét Hình dạng quy tắc tạo thành theo giới thiệu: 37 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH Trong đó: Rstrut cường độ bảng chức thuộc tính học kích thước mở Với bảng xác đònh tỉ số Linf/hinf, thay đổi từ 1.30 đến 1.53 giá trò β xác đònh độ trôi sàn V fre Vine Với Vfre cường độ chòu cắt khung tường xây Vine cường độ chòu cắt tường xây (β không lớn 1.30) Bây đánh giá chuyển vò dọc theo đường chéo lệch trục cách nhân giá trò với hinf cos(θstrut) Mô hình phần tử hữu hạn: Từ xây dựng mô hình kết cấu BTCT không tường xây, kết cấu kiểm tra với tường xây mô hình theo dẫn A1- chaar (2002), khối xây mô hình ý nghóa giằng tương đương 38 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH Kết quả: Hình dạng biến dạng biểu thò cấu sụp đổ liên quan đến phần tử sàn (cột tường xây) với hình thành khớp dẻo điểm cuối đầu cột vết nứt chéo khối tường xây lực cắt 39 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH So sánh kết mô hình kết thực nghiệm: Sự so sánh xem xét cường độ, độ cứng, cấu sụp đổ tiêu tán lượng Cơ cấu sụp đổ: Kết mô hình theo liệu thí nghiệm, cấu sụp đổ có liên quan đến sàn thứ với phát triển khớp dẻo cột BTCT vết nứt tường xây Sự sụp đổ chu vi tường mô số giống chứng thí nghiệm Cường độ tối đa mô hình với thí nghiệm tương tự với độ chênh lệch khoảng 1% 40 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH Độ cứng: Kết so sánh cho thấy độ cứng mô hình số thấp kết thực nghiệm Điều chủ yếu thực tế cấu giằng chéo bắt đầu sau vết nứt lan truyền tường xây/ Sự tiêu tán lượng: Kết so sánh phân tích mô hình số thấp thực nghiệm khoảng 5% 41 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH Đồ thò cho thấy đóng góp khác phần tử kết cấu phi kết cấu khác vào độ bền công trình Điều cho thấy cách cầu thang tường xây xem xét ảnh hưởng vào phản ứng kết cấu công trình 42 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH Mô hình kết cấu gia cường Một khác biệt thử nghiệm kết cấu ban đầu kết cấu nâng cấp có mặt FRP vào lớp vữa bỏ qua đóng góp cầu thang tường nhà Vì lý này, mô hình lấy chuẩn từ kết cấu ban đầu loại giằng trong, để bỏ qua đóng góp tường loại bỏ phần tử mô cầu thang Sức kháng cắt cung cấp hệ FRP xác đònh là: Vm,f = Af ffe, ω Với Af toàn diện tích FRP vuông góc với vết nứt cắt ffe, ω lực căng hiệu FRP Phương trình cho viết sau: Vm,f = Af Ef εfe,ω = kv,ω Af ffe 43 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH Tham sốâ Kv,ω giải thích cho góc đònh hướng sợi với nhìn trực tiếp hỏng bề mặt mở Trong trường hợp khảo sát này, giá trò Kυ,ω 0.50 (cho FRP gắn vào cạnh tường xây) Bắt đầu từ giả đònh này, đóng góp FRP đánh giá đánh nhẹ vào mô hình FEM Kết phản ứng số kết cấu gia cường biểu diễn vào hai biểu đồ khả chòu ….trong quan sát đồng thuận mô số 44 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH C Nhận xét: So sánh kết thí nghiệm thực tế mô hình phương pháp phần tử hữu hạn cho kết gần Việc sử dụng FRP việc gia cường kết cấu thực có hiệu Kết cấu dẻo dai Trong thực tế tính toán chống động đất việc sử dụng FRP giúp tăng độ an toàn kết cấu việc thiết kế truyền thống 45 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH D Tính tốn với phần mềm FRP-Analysis Thí dụ tính tốn: Bêtơng B25 fc 14.5 MPa ,modun đàn hồi E 30000 MPa Thép CIII f y 390 MPa , , modun đàn hồi E 200000 MPa Dầm congxon tiết diện b h 0.4 0.8 m Chiều dài L m Chịu tải tập trung P 200 kN Moment tiết diện ngàm M 600 kNm Tính thép phần mềm Etabs theo tiêu chuẩn BS8110-97 BS M(kNm) 600 b(mm) h(mm) d(mm) dp(mm) 400 800 750 50 46 fcu(Mpa) fy(Mpa) 32.46268657 384.2105263 As(mm2) 3670.5 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH Ta phải bố trí 12 20 As 3769.9mm Sử dụng FRB tính tốn để xem khả chịu lực dầm nào? Sử dụng phần mềm FRB-Analysis để tính tốn Khai báo thơng số tốn Ta dùng 6 20 As 1885mm2 bố trí lớp 47 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH Kết thu Ta có: Af 1137.06 mm Nhận xét: Khi có xét tới FRB khả chịu lực tăng lên 40% khả chịu lực ban đầu 48 [...]... HỮU CHỈNH Kết cấu đạt đến cường độ đạt đỉnh cực đại khoảng 1600KN ứng với chuyển vò ngang là 3cm Hình vẽ thể hiện mô hình và kết quả ở các giai đoạn cơ cấu sụp đổ và lực cắt đáy chống lại chuyển vò ngang MÔ HÌNH CỦA KẾT CẤU KHUNG BTCT CÓ TƯỜNG XÂY Mô hình của kết cấu bê tông cốt thép có tường xây được thực hiện theo đề nghò của A1-Chaar A1-Chaar đã giới thiệu mô hình cho loại kết cấu này bằng ý nghóa... cường cho thấy các dạng phá hủy khác nhau, được mơ tả bằng sự giảm các vết nứt nghiêng chịu kéo Tóm lại, có thể nhận xét rằng mức độ phá hủy đối với cơng trình được sửa chữa và gia cường là nhỏ hơn so với cơng trình ban đầu khi chịu tác động bởi cùng một chuyển vị ngang 31 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH 32 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH B MÔ HÌNH CỦA KẾT CẤU BTCT CÓ TƯỜNG XÂY MÔ HÌNH CỦA KẾT CẤU KHUNG BTCT KHÔNG CÓ... tích ứng xử kết cấu Các tấm nề đã được xây dựng lại bằng cách sử dụng vật liệu có hình học và tính chất cơ học càng gần càng tốt với những yếu tố ngun gốc Sau khi dựng nên các tấm tường ngồi thì bề mặt tường được gia cường bằng kỹ thuật miết lại chỉ tường KC bằng FRP Kỹ thuật này bao gồm việc đặt thanh composite FRP tại chỗ nối các lớp vữa, và sử dụng vữa phổ biến để liên kết Vật liệu sử dụng cho repointing... của kết cấu ban đầu và kết cấu sau khi được sửa chữa và gia cường Đặc biệt đối với kết cấu sau khi sửa chữa, ta có thể nhận thấy sự ứng xử linh hoạt của cơng trình mà khơng làm mất đi cường độ Ứng với cùng một chuyển vị ngang tại đỉnh cơng trình, mức độ thiệt hại của thí nghiệm với cơng trình sau khi được sửa chữa và gia cường là ít hơnso với cơng trình ban đầu Chú ý rằng các tường được sửa chữa và gia. .. KHUNG BTCT KHÔNG CÓ TƯỜNG XÂY Hình học: Mô hình của kết cấu trong khảo sát được thực hiện bằng chương trình SAP 2000 ver 9.0.9 Cột và dầm được mô hình như là những phần tử của khung Nền móng được mô phỏng bằng cách bỏ qua bậc tự do của các nút thuộc sàn móng (xem như móng ngàm tại mặt đất Sàn được coi như là tuyệt đối cứng Tất cả các cột có tiết diện vuông (30 x 30 cm) và được gia cường 414 ở mỗi cạnh... trình ban đầu được gia cường FRP Mục đích chính của việc sữa chữa và gia cường cơng trình là nhằm mơ phỏng việc gia cường chống động đất cho một kết cấu được xây dựng trước khi quy phạm chống động đất được ban hành Một số loại hình gia cường đã được đánh giá, tuy nhiên tất cả đều sử dụng vật liệu composite.Phương pháp sử dụng FRP được xem là đại diên cho các kỹ thuật gia cường chống địa chấn khác nhau... Độ cứng đo dược láy này là 1161kN/cm, chỉ bằng 37% độ cứng cơng trình lúc thực hiện chu kỳ tải đầu tiên Với chu kỳ tải thứ 3, các giai doạn trong q trình ứng xử của kết cấu được thể hiện bằng các điểm A, B, C, D, E, F trên biểu đồ sau Giai đoạn đặt tải này được đặc trưng bởi sự suy giảm nhiều hơn của độ cứng (924kN/cm chỉ bằng 29% độ cứng được đo tại thời điểm bắt đầu chu kỳ 2) bằng cách đạt được cường. .. trọng tác dụng nứt theo hình dạng rõ ràng, và có sự tách biệt giữa tường và kết cấu chịu lực BTCT và có cả nứt do phá hủy cục bộ 12 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH Tường hướng tây, bên cạnh sự mở rộng vết nứt với góc 45o trong mảng tường giữa 2 cửa sổ, tại vị trí phía trên bên phải của tường kế tiếp, sự phá hủy cục bộ tại góc tường ngăn cách được nhì thấy khá sớm, đó là do sự tập trung lực ngang từ khung BTCT truyền... Kết quả thực nghiệm Kết quả ứng xử của cơng trình được chỉ ra trong Figure 22 thơng qua quan hệ Base shear và chuyển vị ngang trung bình của sàn thứ nhất và thứ 2 Các dạng phá hoại phổ biến: sự trượt trong tường, sự phá hủy cục bộ tại chân tường và trượt trong tường, sự trượt và hình thành các vết nứt nghiêng (chéo) do chịu kéo Vùng tường nguy hiểm xảy ra tại vị trí có chuyển vị lớn nhất (+29cm) Với. .. trình trong suốt q trình thí nghiệm trên hai mặt tường ngồi chính của cơng trình Vài bức ảnh đã được ghi lại trong suốt q trình thí nghiệm tại các vị trí cụ thể của cột và tại các khớp dẻo xuất hiện trên cột 27 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH 28 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH 29 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH 30 GVHD: TS HỒ HỮU CHỈNH IV Nhân xét So sánh ứng xử kết cấu ban đầu và kết cấu được gia cường So sánh cường độ tải ngang thực ... B Mô hình công trình với SAP2000 33 I Mô hình công trình BTCT có tường Masonry II Mô hình công trình gia cường FRP 11 C Nhận xét - Kết luận 14 D Tính toán với. .. xét So sánh ứng xử kết cấu ban đầu kết cấu gia cường So sánh cường độ tải ngang thực thực công trình thí nghiệm thứ thứ hai, ta nhận thấy giảm khoảng 60% Kết lý giải sữa chữa không hoàn toàn kết. .. việc sữa chữa gia cường công trình nhằm mô việc gia cường chống động đất cho kết cấu xây dựng trước quy phạm chống động đất ban hành Một số loại hình gia cường đánh giá, nhiên tất sử dụng vật liệu