HIỆU QUẢ GIA CƯỜNG KHÁNG uốn của tấm CFRP TRONG dầm CHỮ t ỨNG SUẤT TRƯỚC có và KHÔNG có hệ NEO CFRP DẠNG dải u (tt)

TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM – SỐ 51 (6) 2016 HIỆU QUẢ GIA CƯỜNG KHÁNG UỐN CỦA TẤM CFRP TRONG DẦM CHỮ T ỨNG SUẤT TRƯỚC CĨ VÀ KHƠNG CĨ HỆ NEO CFRP DẠNG DẢI U PHAN VŨ PHƯƠNG Trường Đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh - phuong.pv@ou.edu.vn TRƯƠNG THỊ PHƯƠNG QUỲNH Trường Đại học Văn Lang - truongthiphuongquynh@vanlanguni.edu.vn ĐẶNG ĐĂNG TÙNG Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh - ddtung@hcmut.edu.vn NGUYỄN MINH LONG Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh - nguyenminhlong@hcmut.edu.vn (Ngày nhận: 9/9/2016; Ngày nhận lại: 20/10/16; Ngày duyệt đăng: 14/11/2016) TÓM TẮT Bài báo trình bày nghiên cứu thực nghiệm hiệu gia cường kháng uốn CFRP dầm bê tông ứng suất trước (BTUST) tiết diện chữ T có khơng có sử dụng neo CFRP dạng dải U Chương trình thực nghiệm tiến hành dầm tiết diện chữ T ứng suất trước (căng sau) kích thước lớn Các dầm gia cường kháng uốn CFRP với số lớp (dầm đối chứng), 2, lớp, bố trí neo CFRP dạng dải U theo kiểu truyền thống phân bố (AN2) theo kiểu neo tập trung (AN1) Kết thực nghiệm cho thấy hệ neo CFRP dạng U làm tăng đáng kể khả biến dạng dầm gia cường so với dầm đối chứng (lên đến 65%), tăng tính dẻo dai cho dầm gia tăng tăng theo số lớp gia cường kháng uốn CFRP Hệ neo CFRP dạng AN1 cải thiện khả biến dạng dầm gia cường tốt so với hệ neo CFRP dạng AN2, giúp cho biến dạng CFRP phân bố đặn hơn, kiểm sốt tốt q trình bong tách CFRP; ngồi hệ neo giúp điều tiết ứng xử tương tác gia cường kháng uốn CFRP cáp UST, giúp cáp làm việc hiệu Tấm CFRP làm tăng đáng kể khả kháng uốn dầm, giảm bề rộng vết nứt dầm mức độ chiết giảm giảm dần theo số lớp gia cường Biến dạng cuối CFRP dầm gia cường dao động từ 27% đến 66.6% biến dạng kéo đứt chúng giảm theo số lớp CFRP gia cường Từ khóa: Dầm bê tơng ứng suất trước; Gia cường kháng uốn; Hệ neo CFRP dạng dải U; Khả kháng uốn; Số lớp gia cường; Tấm CFRP; Ứng xử nứt Flexural-strengthening efficiency of CFRP sheets in post-tensioned concrete T-beams with and without U-strip CFRP anchorage system ABSTRACT This paper deals with flexural-strengthening efficiency of CFRP sheets for post-tensioned concrete T-beams with and without external U-strip CFRP anchorage systems An experimental program was carried out on total nine post-tensioned concrete T-beams in practical sizes The numbers of CFRP layers used to strengthen the beams are 0, 2, and layers, respectively Two external U-strip CFRP anchorage systems were investigated in this study, including uniformly and non-uniformly distributed systems The test results showed that the U-wrap CFRP anchorage improved significantly the deformation capacity and ductility of the beams as compared to that of the control beam (up to 65%) The U-wrap CFRP non-uniformly distributed anchorage, which is more effective than the uniformly distributed one in a sense of increasing deformation capacity of the beams, caused strain distribution in the flexural-strengthening CFRP sheets to be more uniformly, and prevented debonding of CFRP sheets more effectively Furthermore, this anchorage system is proved to be able to adjust the interaction between the flexuralstrengthening CFRP sheets and prestressed cables as well as improve working efficiency of the cables Moreover, KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ the CFRP sheets also increase considerably flexural capacity, reduce crack width in the beams The average values of strains in the CFRP jackets measured at failure of beams is approximately 27% and 66.7% of the ultimate tensile strains of CFF epoxy composites Keywords: CFRP sheet; flexural strengthening; number of CFRP layer; U-strip CFRP anchorage; posttensioned concrete T-beams; cracking behavior; flexural capacity Đặt vấn đề Các nghiên cứu khả kháng uốn dầm BTCT gia cường vật liệu sợi các-bon (CFRP) thống việc sử dụng CFRP làm tăng đáng kể khả kháng uốn dầm, mức độ tăng giảm dần theo gia tăng hàm lượng gia cường tượng bong tách khỏi bề mặt bê tông ứng suất kéo vượt cường độ bám dính với bê tông (Meier Kaiser, 1991; Ritchie cộng sự, 1991; Sharif cộng sự, 1994; Norris cộng sự, 1997; Grace cộng sự, 1999; Dai cộng sự, 2005) Hiện tượng bóc tách vị trí hai đầu gia cường làm suy giảm cách rõ rệt hiệu gia cường Ngoài ra, CFRP làm giòn hóa ứng xử dầm mức độ giòn hóa gia tăng với hàm lượng CFRP sử dụng làm dầm bị phá hoại đột ngột Để khắc phục vấn đề này, hệ neo gia cường CFRP thiết kế bố trí thêm dầm gia cường Một số kỹ thuật neo sử dụng dùng bu lông, dùng thép, neo CFRP dạng dải U, neo dạng chốt hình nan quạt Kết số nghiên cứu (Garden Holloway, 1998; Spadea cộng sự, 1998; Bahn Harichandran, 2008; Sobuz cộng sự, 2011; Ali cộng sự, 2014) cho thấy hệ neo giúp hạn chế cách hiệu bóc tách sớm vị trí hai đầu gia cường; cải thiện đáng kể ứng xử dẻo dầm gia cường CFRP ngăn phá hoại đột ngột; tăng hiệu sử dụng gia cường từ làm tăng đáng kể khả chịu lực dầm gia cường Tuy nhiên, dầm bê tông ứng suất trước (BTUST), nghiên cứu ảnh hưởng hệ neo đến ứng xử hiệu gia cường dầm thật khan Một vài nghiên cứu ảnh hưởng hệ neo Dung (2014) dầm BTUST theo phương pháp căng sau, nhiên nghiên cứu dừng lại việc cung cấp số thông tin Cơ chế làm việc hệ neo, kiểu phá hoại, phân bố biến dạng CFRP hiệu thực dạng dầm BTUST chưa làm sáng tỏ Thực tế, dầm BTUST có ứng xử khơng hồn tồn giống dầm BTCT truyền thống Lực căng trước cáp làm cho dầm bê tông UST có ứng xử dòn hơn, đồng thời bề rộng vết nứt dầm UST có xu hướng lớn số lượng vết nứt (do tượng phân bố lại mômen bị hạn chế) so với dầm BTCT Điều dẫn đến phân bố biến dạng gia cường dầm bê tơng UST BTCT khác Có điều đáng lưu ý rằng, bóc tách gia cường vị trí hai đầu dán tập trung ứng suất gây trượt hai vị trí (Colotti Spadea, 2001); nhiên, phương pháp neo dùng dải CFRP hướng dẫn tính tốn, bỏ qua phân bố thực tế ứng suất gây trượt dầm Có lẽ thuận tiện cơng tác thi cơng, chúng thường bố trí nhịp cắt tồn nhịp dầm dẫn đến hiệu neo chưa cao mong đợi gây lãng phí Các vấn đề vừa nêu cho thấy nghiên cứu liên quan đến việc sử dụng hệ neo thích hợp, đặc biệt cho dạng cấu kiện BTUST thật cần thiết Bài báo trình bày nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng hệ neo dùng dải CFRP dạng U đến ứng xử khả kháng uốn dầm BTUST gia cường CFRP theo phương pháp dán Chương trình thực nghiệm tiến hành dầm tiết diện chữ T ứng suất trước (căng sau) kích thước lớn Các dầm có hàm lượng gia cường CFRP kháng uốn (dầm đối chứng), 2, lớp, bố trí neo lưới CFRP dạng dải U theo kiểu truyền thống TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM – SỐ 51 (6) 2016 phân bố (AN2) theo kiểu neo tập trung (AN1) nhịp cắt Mục tiêu nghiên cứu là: (1) khảo sát ảnh hưởng hệ neo đến ứng xử dầm BTUST gia cường CFRP kháng uốn; (2) phân tích ảnh hưởng tương tác hệ neo hàm lượng gia cường CFRP kháng uốn đến làm việc hiệu gia cường kháng uốn dầm BTUST Chương trình thực nghiệm 2.1 Vật liệu Các dầm thí nghiệm sử dụng bê tơng thương phẩm với cấp phối sau: xi măng PC40 (410 kg/m3); đá 1x2 (22mm, 1028 kg/m3); cát sông (04 mm, 550 kg/m3); cát nghiền (02mm, 247 kg/m3); phụ gia dẻo (5.5 l/m3) Cường độ chịu nén trung bình dọc trục fc,cube kéo chẻ fsp,cube thực tế bê tông xác định thông qua kết nén mẫu lập phương 150×150×150 mm, cụ thể fc,cube = 47.2 MPa fsp,cube = 5.8 MPa Độ sụt bê tông xấp xỉ 12±2cm Giới hạn chảy fy giới hạn bền fu trung bình cốt thép dọc chịu kéo cốt đai xác định mẫu, kết sau: fy = 430 MPa fu = 600 MPa; cốt đai có fyw = 342 MPa fuw = 463 MPa Mô-đun đàn hồi cốt thép Es = 200 GPa Cáp sử dụng loại khơng bám dính loại sợi, đường kính danh nghĩa cáp = 12.7 mm, giới hạn chảy qui ước fpy giới hạn bền fpu 1675 MPa 1860 MPa Mô-đun đàn hồi cáp Ep = 195 GPa Tấm sợi các-bon trực hướng (CFF) dày 0.127 mm, có cường độ chịu kéo ffu 4900 MPa, mô-đun đàn hồi Ef 240 GPa biến dạng kéo đứt εfu 2.1% 2.2 Dầm thí nghiệm Bảng Thơng số kỹ thuật mẫu dầm thí nghiệm Ký hiệu fc,cube MPa b×h×bf×hf×L mm ρs % ρw % n an wf mm sf mm tf mm af mm 0 M-2-C-B 0.254 80 0.508 80 0.762 80 12 300;100 250 0.254 80 12 300;100 250 0.508 80 12 300;100 250 0.762 80 100 150 0.254 80 100 150 0.508 80 M-4-C-B M-6-C-B M-2-C-B-AN1 M-4-C-B-AN1 M-6-C-B-AN1 M-2-C-B-AN2 47.2 110 x 360 x 200 x 90 x 600 M-0 0.47 M-4-C-B-AN2 0.29 Ghi chú: b bf bề rộng sườn cánh dầm, mm; fc,cube : cường độ chịu nén mẫu lập phương, MPa; h, hf L chiều cao tiết diện, chiều dày cánh chiều dài dầm, mm; n số lớp CFRP gia cường; an số lượng dải neo; af bề rộng gia cường CFRP kháng uốn, mm; sf bước dải gia cường, mm; tf chiều dày lớp gia cường, mm; wf bề rộng dải gia cường, mm; ρf hàm lượng gia cường, mm; ρs hàm lượng cốt thép dọc; ρw hàm lượng cốt đai; B gia cường kháng uốn; AN1 AN2 dạng neo tập trung phân bố (Hình 2) Chương trình thực nghiệm tiến hành mẫu dầm tiết diện chữ T, gồm dầm khơng gia cường dùng để đối chứng (dầm M0CB) dầm gia cường kháng uốn CFRP với số lớp 2, lớp, khơng bố trí neo (dầm M2CB, M4CB M6CB); số dầm gia cường có dầm bố trí hệ neo CFRP dạng dải U tập trung nhịp cắt (dầm M2CB-AN1, M4CB-AN1 M6CB-AN1) dầm bố trí hệ neo CFRP dạng dải U phân bố nhịp cắt KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ dầm (dầm M2CB-AN2, M4CB-AN2) Các dầm bố trí hệ neo AN2 gia cường kháng uốn lớp CFRP Dầm có kích thước 110x360x200x90x6000 mm, nhịp thử tải Lo = 5600 mm Dầm sử dụng cáp UST đường kính danh định 12.7mm căng sau dạng parabol Mặt dầm (thớ kéo) bố trí cốt dọc cấu tạo có đường kính 12mm, mặt dầm (thớ nén) bố trí đường kính 10mm Cốt đai dầm sử dụng đường kính 6mm, bước cốt đai 175 mm Các dầm có hàm lượng cốt dọc cấu tạo chịu kéo ρs = 0.47%, cốt đai ρw = 0.29% Thông số kỹ thuật dầm tổng hợp Bảng Kích thước hình học, cốt thép, cáp UST CFRP gia cường kháng uốn dầm thí nghiệm thể Hình Hình Hình Cấu tạo dầm thí nghiệm Hình Sơ đồ thí nghiệm chi tiết bố trí thiết bị đo đạc cho dầm 2.3 Quy trình thí nghiệm bố trí thiết bị đo Dầm thí nghiệm theo sơ đồ dầm đơn giản chịu uốn bốn điểm (Hình 3) Vị trí điểm đặt lực cách gối tựa gần khoảng Lo/3 = 1870 mm Biến dạng CFRP kháng uốn dọc theo nhịp dầm xác định dựa cảm biến (SG) dán bề mặt vị trí nhịp, điểm đặt lực đầu cách gối tựa gần đoạn 650 mm Biến dạng cáp UST xác định thông qua SGs khác Biến dạng cốt dọc thớ kéo xác định qua SG dán vị trí nhịp Biến dạng bê tơng đo SGs khác dán thớ chịu nén thớ chịu kéo dầm vị trí nhịp dọc theo chiều cao dầm Chuyển vị dầm xác định dựa chuyển vị kế điện tử (LVDTs) bố trí nhịp, điểm đặt tải, gối tựa Các dầm gia tải với cấp tải 15 kN giai đoạn trước vết nứt uốn xuất hiện, sau giá trị cấp tải tăng lên 30 kN Sau cấp tải, tải trọng giữ thời gian khoảng phút để tiến hành đo chuyển vị, biến dạng bê tông, thép dọc, thép đai, CFRP bề rộng khe nứt Tất giá trị lực, chuyển vị biến dạng đo tự động qua thiết bị thu nhận số liệu Sơ đồ vị trí lắp đặt thiết bị đo đạc thể Hình Hình TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM – SỐ 51 (6) 2016 phát triển cách đặn dần gối tựa Tại cấp tải khoảng 70% tải phá hoại, Pu, exp, số vết nứt xiên bắt đầu xuất nhịp cắt Tại cấp tải xấp xỉ 90% Pu, exp, tượng bong tách gia cường xuất Cơ chế bong tách dầm gia cường nhiều khác biệt Q trình bong tách vị trí điểm đặt lực lan dần hai gối tựa Điều hợp lý ứng suất kéo dầm vị trí lớn nên sớm bị bong tách Hiện tượng bong tách dầm gia cường không neo diễn nhanh, CFRP bong tách kéo theo lớp bê tông bảo vệ dầm Đối với dầm gia cường có neo, tượng bong tách diễn chậm Hệ neo CFRP dạng dải U phát huy tốt vai trò chúng, làm chậm q trình bong tách từ làm tăng khả chịu tải biến dạng dầm gia cường Vết nứt dầm gia cường có neo phát triển chậm nhỏ hơn so với dầm gia cường không sử dụng hệ neo Bề rộng vết nứt đo dầm bị phá hoại xấp xỉ từ 1.5 đến 1.8 mm Bề rộng vết nứt dầm gia cường đo cấp tải phá hoại nhỏ so với dầm đối chứng từ 1.3 đến 3.5 lần Hình Sơ đồ thí nghiệm dầm Kết thí nghiệm 3.1 Kiểu phá hoại Kết thí nghiệm dầm tổng hợp Bảng Các dầm thí nghiệm bị phá hoại uốn Dầm không gia cường bị phá hủy uốn kết hợp với bê tông vùng nén bị vỡ vụn Các dầm gia cường bị phá hoại uốn kết hợp với tượng bong tách tấm, bê tông vùng nén dầm gia cường không neo không bị nén vỡ Vết nứt uốn dầm bắt đầu hình thành cấp tải xấp xỉ 35% tải phá hoại, Pu, exp, nhịp uốn, thớ chịu kéo, vng góc với trục dầm sau phát triển phía cánh chịu nén Tại cấp tải tiếp theo, với phát triển vết nứt cũ, vết nứt xuất Bảng Tổng hợp kết thí nghiệm M0 M2CB M4CB M6CB M2CB-AN1 M4CB-AN1 M6CB-AN1 M2CB-AN2 M4CB-AN2 110×360×200×90×6000 Mẫu dầm b×h×bf ×hf×L (mm) Pcr,exp Pu,exp δu,mid cu fu,end fu,L/3 fu,mid ten,u,end ten,u,mid su kN 50 50 50 68 60 60 69 60 60 kN 145 156 165 190 176 189 199 169 189 mm 75 82 90 105 100 116 124 90 115 ‰ 2.53 2.86 1.78 3.02 3.86 2.74 3.55 3.24 2.10 ‰ 0.21 1.00 0.33 15.0 8.20 11.1 13.9 9.92 ‰ 9.22 11.4 8.13 13.6 8.05 9.54 11.5 11.2 ‰ 9.45 11.5 5.78 10.9 5.50 7.64 7.54 9.48 ‰ 3.79 3.82 9.31 5.87 6.30 5.72 ‰ 5.84 2.61 4.44 9.57 3.98 4.41 5.00 5.68 ‰ 33.5 11.6 29.1 32.0 27.4 24.2 19.4 27.6 - Ghi chú: Pcr,exp (kN) lực gây vết nứt uốn đầu tiên; Pu,exp (kN) lực gây phá hoại dầm; δu (mm) chuyển vị nhịp lớn dầm; ɛcu ɛsu biến dạng nén lớn bê tông biến dạng kéo lớn cốt dọc nhịp; ɛfu,end, ɛfu,L/3, ɛfu,mid (‰) biến dạng kéo lớn gia cường kháng uốn CFRP vị trí đầu mút, điểm đặt lực nhịp dầm; ɛten,u,end ɛten,u,mid (‰) biến dạng kéo lớn cáp UST vị trí đầu neo nhịp dầm KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ (a) (b) Hình Hình thái vết nứt kiểu phá hoại điển hình dầm (a) dầm khơng gia cường; (b) dầm gia cường Có khác biệt ứng xử hệ neo dầm neo tập trung (AN1) neo phân bố (AN2) Các dải neo kiểu AN2 có xu hướng khơng bị đứt dầm bị phá hoại, gia cường kháng uốn CFRP bị bong tách nhịp uốn bong tách dừng lại dải neo gần với điểm tác dụng lực; dải neo kiểu AN1 dầm có số lớp gia cường kháng uốn CFRP lớn (4 1.37 - M6CB-AN1 L0/250 = 22.5 mm Hình Quan hệ lực – chuyển vị dầm thí nghiệm lớp) bị đứt đồng loạt vị trí góc dầm tượng tập trung ứng suất lớn vị trí này; tương bong tách dầm gia cường với số lớp CFRP lớn có xu hướng diễn rõ ràng nhanh chóng Hình thái vết nứt kiểu phá hoại số dầm điển hình thể Hình 3.2 Quan hệ lực - chuyển vị 1.37 - M6CB-AN1 acr,lim = 0.4 mm Hình Quan hệ lực – bề rộng vết nứt dầm thí nghiệm TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM – SỐ 51 (6) 2016 (a) (b) Hình Sự gia tăng chuyển vị cuối khả kháng uốn dầm gia cường CFRP so với dầm đối chứng tương ứng theo số lớp gia cường: (a) gia tăng chuyển vị cuối cùng; (b) gia tăng khả chịu uốn Quan hệ lực-chuyển vị dầm gia cường có neo, khơng neo dầm đối chứng tương ứng khơng có nhiều khác biệt (Hình 5) Quan hệ chia làm giai đoạn Giai đoạn từ cấp tải đến khoảng 35-40% tải phá hoại dầm đối chứng, dầm làm việc gần giống tuyến tính Điều cho thấy khác biệt mặt độ cứng dầm hay không gia cường nhỏ Sau giai đoạn trở đi, xuất mở rộng vết nứt uốn làm cho độ cứng dầm giảm chuyển vị bắt đầu tăng nhanh theo độ lớn tải trọng Ở giai đoạn này, CFRP ảnh hưởng đến chuyển vị dầm thông qua việc hạn chế mở rộng vết nứt uốn từ làm cho chuyển vị dầm gia cường nhỏ so với dầm đối chứng tương ứng xét cấp tải; đồng thời làm tăng khả biến dạng (chuyển vị cuối cùng) dầm gia cường so với dầm đối chứng tương ứng từ 9% đến 40% dầm gia cường không neo; từ 20 đến 53% với dầm gia cường có neo kiểu phân bố AN2; từ 33 đến 65% với dầm gia cường có neo kiểu tập trung AN1 Có thể thấy gia tăng tăng theo số lớp gia cường kháng uốn CFRP hệ neo AN1 cải thiện khả biến dạng dầm gia cường tốt so với hệ neo AN2 truyền thống (Hình 6a) Tấm CFRP làm gia tăng đáng kể khả kháng uốn dầm Mức độ gia tăng khả kháng uốn dầm gia cường tăng theo số lớp gia cường, theo mức độ gia tăng dao động từ đến 31% dầm gia cường không neo từ 21 đến 37% dầm gia cường có neo (Hình 6b) Cùng hàm lượng gia cường, khả kháng uốn dầm gia cường có neo theo kiểu AN1 lớn không đáng kể so với dầm sử dụng dạng neo AN2 (khoảng 4%) 3.3 Ứng xử nứt dầm thí nghiệm (a) (b) Hình Sự chiết giảm bề rộng vết nứt dầm gia cường so với dầm đối chứng theo gia tăng độ cứng gia cường: (a) cấp tải phá hoại dầm đối chứng - Pu,0,exp; (b) cấp tải phá hoại dầm - Pu,exp KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ 10 Tấm gia cường CFRP cho thấy hiệu việc kiểm sốt nứt làm giảm bề rộng vết nứt dầm (Hình 7) Ứng xử nứt dầm gia cường tương tự Vết nứt uốn dầm gia cường xuất trễ so với dầm đối chứng Lực gây nứt uốn Pcr,exp dầm gia cường lớn so với dầm không gia cường từ 20 đến 38% (Bảng 2) Tại cấp tải phá hoại dầm đối chứng Pu,0,exp, bề rộng vết nứt (a) dầm gia cường nhỏ so với dầm đối chứng từ 2.5 đến 3.5 lần Bề rộng vết nứt giảm dần theo gia tăng độ cứng dọc trục (EfAf) (Af diện tích tiết diện CFRP) (Hình 8a) Tương tự, cấp tải phá hoại dầm, bề rộng vết nứt dầm gia cường nhỏ rõ rệt so với dầm đối chứng từ 1.3 đến 3.5 (Hình 8b) 3.4 Biến dạng gia cường kháng uốn CFRP (b) Hình Quan hệ lực – biến dạng gia cường kháng uốn CFRP (a) biến dạng nhịp; (b) biến dạng điểm tác dụng lực Hình 10 Biến dạng gia cường kháng uốn CFRP Hình 11 Tương tác biến dạng lớn gia cường kháng uốn CFRP cáp dầm thí nghiệm theo số lớp CFRP TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM – SỐ 51 (6) 2016 Quan hệ lực biến dạng CFRP cốt đai dầm thể Hình Giai đoạn (≤ 40% tải phá hoại dầm đối chứng, Pu,0,exp), CFRP biến dạng bé không phụ thuộc số lớp gia cường kiểu neo Từ cấp tải từ 40% Pu,0,exp trở đi, bắt đầu làm việc nhiều hơn, biến dạng tăng nhanh Trong giai đoạn này, CFRP dầm không neo bị biến dạng nhiều so với CFRP dầm có neo Biến dạng CFRP vị trí điểm tác dụng lực có xu hướng lớn vị trí nhịp dầm Đối với dầm gia cường không neo, biến dạng cuối CFRP vị trí nhịp điểm tác dụng lực 5.78 đến 8.45‰ 8.13 đến 9.22‰ (bằng 28.3% đến 45% cường độ chịu kéo lớn CFRP) Trong đó, biến dạng lớn CFRP dầm gia cường neo dạng AN1 5.5 đến 10.9‰ 8.05 đến 13.6‰ (bằng 27% đến 66.6% cường độ chịu kéo lớn CFRP) Đối với nhóm dầm gia cường neo dạng AN2, biến dạng lớn CFRP 7.54 đến 9.48‰ 11.2 đến 11.5‰ (bằng 36,9% đến 56.3% cường độ chịu kéo lớn CFRP) Biến dạng cuối CFRP giảm theo số lớp gia cường Sự phân bố biến dạng gia cường kháng uốn CFRP dầm gia cường có neo khơng neo có khác biệt đáng kể (Hình 10) Ở cấp tải phá hoại, biến dạng CFRP dầm không neo phân bố không đều; chúng lớn nhịp, vị trí đầu mút không đáng kể Thực tế, ứng suất kéo thớ dầm vùng gần gối dầm bé theo biểu đồ phân bố nội lực dầm đơn giản; điều kết hợp với bong tách CFRP nhanh dầm không neo đề cập, làm cho biến dạng vùng hai đầu mút bé Đối với dầm gia cường có neo, phân bố biến dạng CFRP cấp tải phá hoại đặn Sự làm việc hiệu hệ neo làm cho biến dạng vùng hai đầu mút lớn Sự phân bố biến dạng CFRP không bị ảnh hưởng dạng neo AN1 AN2 11 3.5 Biến dạng cáp bê tông Biến dạng lớn cáp đo vị trí nhịp đầu neo khơng có chênh lệch lớn (Bảng 2) Biến dạng cáp dầm không gia cường xấp xỉ 5.8‰ (tương ứng với 67.5% giới hạn chảy quy ước cáp fpy); dầm gia cường không neo dao động từ 3.79 đến 4.44‰ (tương ứng với 44 đến 51.7% fpy); dầm gia cường neo loại AN1 từ 5.87 đến 9.57‰ (tương ứng với 68.3 đến 111% fpy), dầm gia cường neo loại AN2 thay đổi từ 5.0 đến 5.72‰ (tương ứng với 58.2 đến 66.6% fpy) (Bảng 2) Đối với dầm khơng neo có neo theo kiểu truyền thống AN2, gia tăng biến dạng cáp trở nên nhanh so với gia tăng biến dạng CFRP (cáp có xu hướng làm việc nhiều hơn) số lớp gia cường tăng (Hình 11); khi, tốc độ gia tăng biến dạng cáp CFRP dầm gia cường dạng neo AN1 có xu hướng không phụ thuộc vào số lớp gia cường Biến dạng bê tông dầm thời điểm dầm bị phá hoại đa phần vượt qua giá trị 2‰ Điều hàm ý rằng, bê tông vùng nén dầm thí nghiệm làm việc giai đoạn phi tuyến tiệm cận với giá trị biến dạng nén vỡ bê tông Số lớp CFRP gia cường dạng neo khơng có ảnh hưởng rõ ràng đến biến dạng nén bê tông Kết luận Căn kết đạt từ nghiên cứu này, số kết luận rút sau: Hệ neo CFRP dạng U làm tăng đáng kể khả biến dạng (chuyển vị cuối cùng) dầm gia cường so với dầm đối chứng tương ứng (lên đến 65%), từ làm tăng tính dẻo dai cho dầm; gia tăng tăng theo số lớp gia cường kháng uốn CFRP; Hệ neo CFRP dạng U tập trung (AN1) giúp cải thiện khả biến dạng dầm gia cường tốt so với hệ neo CFRP dạng phân bố (AN2), giúp cho biến dạng gia cường kháng uốn CFRP phân bố đặn hơn, từ giúp kiểm sốt tốt trình bong tách CFRP khai thác tối đa hiệu gia cường CFRP; hệ neo giúp điều tiết ứng xử tương tác 12 KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ gia cường kháng uốn CFRP cáp UST, giúp cáp UST làm việc hiệu Tấm CFRP làm gia tăng đáng kể khả kháng uốn dầm Mức độ gia tăng khả kháng uốn dầm gia cường tăng theo số lớp gia cường, theo mức độ gia tăng dao động từ đến 31% dầm gia cường không neo từ 21 đến 37% dầm gia cường có neo Kiểu neo không ảnh hưởng đáng kể đến khả kháng uốn dầm gia cường; Tấm gia cường CFRP giúp kiểm soát hiệu ứng xử nứt làm giảm bề rộng vết nứt dầm Bề rộng vết nứt dầm gia cường nhỏ so với dầm đối chứng từ 2.5 đến 3.5 lần cấp tải phá hoại dầm đối chứng tỉ lệ theo gia tăng số lớp CFRP gia cường; Biến dạng cuối CFRP dầm gia cường không neo nằm khoảng từ 8.13 đến 9.22‰ (bằng 28.3% đến 45% cường độ chịu kéo CFRP); dầm gia cường có neo dao động từ 5.5 đến 13.6‰ (bằng 27% đến 66.6% cường độ chịu kéo CFRP) chúng giảm theo số lớp gia cường Tài liệu tham khảo ACI 440.2R-08 (2008) Guide For the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening of Concrete Structures Reported by ACI Committee 440 ACI 318-11 (2011) Building Code Requirements for Structural Soncrete and Commentary ACI Manual of Concrete Practice, Farmington Hills, Michigan Alagusundaramoorthy, P., Harik, I E., and Choo, C C (2003) Flexural behavior of R/C beams strengthened with carbon fiber reinforced polymer sheets or fabric Journal of Composites for Construction, 7(4), 292-301 Ali, A., Abdalla, J., Hawileh, R., and Galal, K (2014) CFRP mechanical anchorage for externally strengthened RC beams under flexure Eighth International Conference on Material Sciences (CSM8-ISM5) Bahn, B Y and Harichandran, R S (2008) Flexural behavior of reinforced concrete beams strengthened with CFRP sheets and epoxy mortar Journal of Composites for Construction, ASCE, 12(4), 387-395 Bonacci, J F., and Maalej, M (2001) Behavioral trends of RC beams strengthened with externally bonded FRP Journal of Composites for Construction, 5(2), 102-113 Brena, S F., and Marci, B M (2004) Effect of carbon-fiber-reinforced polymer laminate configuration on the behavior of strengthened reinforced concrete beams Journal of Composites for Construction, 8(3), 229-240 Colotti, V., and Spadea, G (2001) Shear strength of RC beams strengthened with bonded steel or FRP plates Journal of Structural Engineering, 127(4), 367-373 Dung, N T T (2014) Effects of externally bonded CFRP sheets on flexural strengthening of pretensioned Prestressed Concrete beams having ruptured strands Journal of JSCE, 2, 25-38 Garden, H N., and Hollaway, L C (1998) An experimental study of the influence of plate end anchorage of carbon fiber composite plates used to strengthen reinforced concrete beams Composite Structures, 42(2), 175-188 Kasan, J L., and Harries, K A (2009) Repair of impact-damaged prestressed concrete bridge girders with carbon fiber reinforced polymers The Proceedings of the 2nd Asia-Pacific Conference on FRP in Structures (APFIS 2009), 157-162 Meier, U., and Deuring, M (1991) The application of fiber composites in bridge repair Strasse WId Verkehr, 77(9), 775-777 Meier, U., Deuring, M., Meier, H., and Schuregler, G (1992) Strengthening of structures with CFRP laminates: research and applications in Switzerland Proc 1st International Conference on Advanced Composite Materials In Bridges and Structures, The Canadian Society for Civil Engineering, Montreal, Canada, 243-251 Reed, C E., and Peterman, R J (2004) Evaluation of prestressed concrete girders strengthened with carbon fiber reinforced polymer sheets Journal of Bridge Engineering, 9(2), 185-192 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC MỞ TP.HCM – SỐ 51 (6) 2016 13 Sobuz, H R., Ahmed, E., Uddin, M A., and Hasan, N M S (2011) Structural strengthening of RC beams externally bonded with different CFRP laminates configurations Journal of Civil Engineering, 39(1), 33-47 Spadea, G., Bencardino, F., and Swamy, R N (1998) Structural behavior of composite RC beams with externally bonded CFRP Journal of Composites for Construction, 2(3), 132–137 Teng, J G., Smith, S T., Yao, J., and Chen, J F (2003) Intermediate crack-induced debonding in RC beams and slabs Construction and Building Materials, 17, 447-62  ... khai thác t i đa hi u gia cường CFRP; ngồi hệ neo giúp đi u ti t ứng xử t ơng t c 12 KỸ THU T – CÔNG NGHỆ gia cường kháng u n CFRP cáp UST, giúp cáp UST làm việc hi u T m CFRP làm gia t ng đáng... gia cường có neo ki u phân bố AN2; t 33 đến 65% với dầm gia cường có neo ki u t p trung AN1 Có thể thấy gia t ng t ng theo số lớp gia cường kháng u n CFRP hệ neo AN1 cải thiện khả biến dạng dầm. .. dầm gia cường t t so với hệ neo AN2 truyền thống (Hình 6a) T m CFRP làm gia t ng đáng kể khả kháng u n dầm Mức độ gia t ng khả kháng u n dầm gia cường t ng theo số lớp gia cường, theo mức độ gia