Khảo sát thực nghiệm ứng xử cắt dầm bê tông cốt thép gia cường CFRP dạng lưới chịu tải trọng lặp

Tóm tắt: Ở luận văn này, học viên tập trung nghiên cứu về ứng xử cắt của dầm bê tông cốt thép gia cường CFRP chịu tải trọng lặp với số chu kỳ tương ứng với số chu kỳ tải lặp thực tế trong công trình cầu, đây là mảng nghiên cứu mà số lượng các nghiên cứu vẫn còn hạn chế, đặc biệt là ở trong nước. Nhằm đánh giá đúng khả năng chịu lực và phân tích ứng xử của dầm bê tông cốt thép có gia cường CFRP cũng như t m hiểu về tải trọng lặp, học viên kết hợp cả nghiên cứu lý thuyết và thí nghi m. Phần lý thuyết sẽ bao gồm tính toán cường độ kháng cắt của các dầm theo các tiêu chuẩn tính toán thông dụng trên thế giới, phần thực nghiệm được tiến hành trên các mẫu dầm bê tông cốt thép với sự tha đổi về mác bê tông với hàm lượng tấm gia cường nhằm khảo sát giá trị sức chịu tải, chuyển vị và biến dạng

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS HỒ HỮU CHỈNH Cán chấm nhận xét : TS TRẦN CAO THANH NGỌC Cán chấm nhận xét : TS TRẦN THÁI MINH CHÁNH Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM vào ngày 21 tháng 08 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch : PGS.TS Nguyễn Minh Long Thư ký : TS.Trần Tuấn Kiệt Thành viên phản biện : TS Trần Cao Thanh Ngọc Thành viên phản biện : TS.Trần Thái Minh Chánh Thành viên : TS Bùi Đức Vinh Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN TRƯỜNG PHÚC MSHV: 13210154 Ngày, tháng, năm sinh: 13/04/1988 Nơi sinh: Tp.HCM Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Cơng Trình Dân Dụng Và Cơng Nghiệp MN: 60580208 I TÊN ĐÈ TÀI: KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ CẮT DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP GIA CƯỜNG CFRP DẠNG LƯỚI CHỊU TẢI TRỌNG LẶP II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Khảo sát thực nghiệm khả chịu cắt kết cấu dầm bê tông cốt thép có gia cường CFRP chịu tải trọng lặp tĩnh so sánh với mẫu đối chứng không gia cường So sánh đánh giá kết tính tốn lý thuyết với kết thực nghiêm Đưa nhận xét, kết luận III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : 04/07/2016 15/06/2017 : TS HỒ HỮU CHỈNH Tp.HCM, ngày thảng năm 2017 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG NGÀNH TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỤNG LỜI CẢM ƠN Với đề tài luận văn theo hướng thực nghiệm, ửong trình nghiên cứu tơi có khơng hở ngại khó khăn Tuy nhiên, tơi hỗ trợ giúp đỡ nhiều, qua xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến người hỗ trợ suốt thời gian qua Trước tiên xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giáo viên hướng dẫn TS Hồ Hữu Chỉnh, thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt trình thực luận văn, chia sẻ cho tơi kinh nghiêm q báu q trình thí nghiêm hướng dẫn cho tơi kiến thức để hồn thành tốt luận văn Kế đến, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô Khoa Kỹ Thuật Xây dựng, trường Đại học Bách Khoa TPHCM truyền dạy kiến thức q giá cho tơi, kiến thức thiếu đường nghiên cứu khoa học nghiệp sau Xin gửi lời cảm ơn thầy cán phòng thí nghiêm kết cấu cơng trình BKSEL, tạo điều kiện giúp đỡ trình thực luận văn Xin gửi lời cảm ơn anh, chị bạn lớp Cao học khoá 2013 đợt nhiệt tình giúp đỡ tơi suốt thời gian học tập trường Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình người thân tơi, họ người bên tôi, động viên tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt luận văn Xin chân thành cảm ơn TÓM TẮT LUẬN VĂN Vấn đề nghiên cứu cấu kiện bê tông cốt thép gia cường sợi FRP tiến hành ngày nhiều ửên giới Phạm vi nghiên cứu vấn đề nhiều rộng với nhiều hướng nghiên cứu khác nhau, số vấn đề mỏi dầm gia cường sợi CFRP Ở luận văn này, học viên tập trung nghiên cứu ứng xử cắt dầm bê tông cốt thép gia cường CFRP chịu tải họng lặp với số chu kỳ tương ứng với số chu kỳ tải lặp thực tế ửong cơng trình cầu, mảng nghiên cứu mà số lượng nghiên cứu hạn chế, đặc biệt nước Nhằm đánh giá khả chịu lực phân tích ứng xử dầm bê tơng cốt thép có gia cường CFRP tìm hiểu tải họng lặp, học viên kết hợp nghiên cứu lý thuyết thí nghiêm Phần lý thuyết bao gồm tính tốn cường độ kháng cắt dầm theo tiêu chuẩn tính tốn thơng dụng giới, phần thực nghiệm tiến hành mẫu dầm bê tông cốt thép với thay đổi mác bê tông hàm lượng gia cường nhằm khảo sát giá trị sức chịu tải, chuyển vị biến dạng Từ đó, học viên tiến hành tổng hợp, phân tích kết quả, so sánh thí nghiệm liên quan kết thực nghiêm để đưa đánh giá kết luận Các vấn đề nghiên cứu đặc biệt quan tâm : tác động tải trọng lặp lên dầm, ảnh hưởng cường độ bê tông hàm lượng CFRP gia cường đến kết thí nghiệm, tương quan kết lý thuyết thực nghiêm ABSTRACT Research on reinforced concrete structure strengthened with fibre reinforced polymer (FRP) sheets has been carried out more and more in the world The scope of the research on this issue is numerous and wide with many different research directions, one of which is the fatigue issue of reinforced concrete beams strengthened with CFRP In this thesis, the main content focus on issues of the shear behavior of woven CFRP strengthened reinforced concrete beams under cyclic loading with the number of cycles corresponding to the number of cycles of repetitive load in the bridge, which is the issue that the number of studies is still limited, especially in Vietnam In order to properly assess the strength and behavior of CFRP strengthened reinforced concrete beams as well as learn about repeating load, the content of this thesis combines both theoretical and experimental research The theoretical part will include calculating the shear strength of beams according to the most widely used building codes in the world, the experimental part is carried out on CFRP strengthened reinforced concrete beams with changes in concrete strength and percentage of reinforcement of CFRP to investigate ultimate strength, displacement and deformation From there, the experimental data will be collected, analyzed and compared with the theoretical results to make the assessments and conclusions Research issues interested particularly are: the effect of the repeating load on the beams, the effect of concrete sttength and percentage of reinforcement of CFRP on the experimental results, the correlation between theoretical and experimental results LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công việc tơi thực hướng dẫn TS Hồ Hữu Chỉnh Các kết ửong luận văn thật chưa công bố nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm công việc thực Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 06 năm 2017 Nguyễn Trường Phúc MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT CHƯƠNG : GIỚI THIỆU 14 • 1.1 Mở đầu: 14 1.2 Mục tiêu đề tài: 16 1.3 Ý nghĩa nghiên cứu : 16 1.3.1 Ý nghĩa khoa học : 16 1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn : 17 CHƯƠNG : TỒNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN cứu LIÊN QUAN 18 2.1 Các cơng trình nghiên cứu nước ngoài: 18 2.1.1 Nghiên cứu nhóm tác giả Omar Chaallal, Fateh Boussaha, Abdelhak Bousselham(2010)[16]: 18 2.1.2 Nghiên cứu nhóm tác giả J.F Dong, Q.Y Wang, Z.W Guan(2012)[19] : 19 2.1.3 Nghiên cứu nhóm tác giả G El-Saikaly, o Chaallal(2014)[22]: 22 2.1.4 Nghiên cứu tác giả Omar A Farghal(2014)[23] : 24 2.2 Các cơng trình nghiên cứu nước : 27 2.3 Đánh giá đề tài nghiên cứu : 27 CHƯƠNG : Cơ SỞ LÝ THUYẾT 29 3.1 ứng xử mỏi kết cấu BTCT gia cường CFRP : 29 3.1.1 ứng xử mỏi bê tông : 30 3.1.2 ứng xử mỏi thép : 33 3.1.3 ứng xử mỏi FRP : 33 3.1.4 ứng xử mỏi dầm BTCT gia cường CFRP : 34 3.2 Tính tóan cường độ chịu cắt cấu kiện BTCT gia cường FRP : 37 3.2.1 Khái quát chế độ làm việc BTCT chịu lực cắt[25]: 38 3.2.2 Các dạng sơ đồ bố trí gia cường FRP thơng thường kỹ thuật EBR[1] : 41 3.2.3 Cường độ kháng cắt dầm BTCT gia cường FRP theo ACI318-08 ACI 440.2R-08[1] : 41 3.2.4 Cường độ kháng cắt dầm BTCT gia cường FRP theo Eurocode fibl4[4]: 45 3.2.5 Cường độ kháng cắt danh định dầm BTCT gia cường FRP theo NCHRP 678[6]: 49 CHƯƠNG : KHẢO SÁT THÍ NGHIỆM 51 • 4.1 Vật liệu mẫu thí nghiệm : 51 4.1.1 Vật liệu: 51 4.1.2 Mẩu thí nghiệm : 52 4.2 Quy trình, sơ đồ thiết bị thí nghiệm : 61 4.2.1 Quy trình thí nghiệm : 62 4.2.2 Sơ đồ thí nghiệm : 63 4.2.3 Thiết bị thí nghiệm : 64 CHƯƠNG : KẾT QUẢ NGHIÊN cứu VÀ BÀN LUẬN 69 5.1 Kết thí nghiệm : 69 5.1.1 Thí nghiệm kiểm tra cường độ bê tơng, thép : 69 5.1.2 Thí nghiệm mẫu dầm 150x250x1500 : 70 5.2 Phân tích kết thí nghiệm : 74 5.2.1 Hình thái vết nứt phá hoại: 74 5.2.2 Chuyển vị: 77 5.2.3 Biến dạng : 82 5.2.4 Ảnh hưởng cường độ bê tông hàm lượng CFRP : 95 5.3 So sánh kết thí nghiệm ttong luận văn với nghiên cứu liên quan : 96 5.4 So sánh kết thí nghiệm với tiêu chuẩn tính tóan BTCT gia cường FRP khác : 103 5.5 Bàn luận : 106 CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 110 6.1 Kết luận: 110 6.2 Kiến nghị: .111 PHỤ LỤC A : 112 PHỤ LỤC B : 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO 118 CFRP — Bê tong — đai ■ • Thép Thép dọc 86 CFRP Bê tông — ■ "Thép đai Thép dọc 5.2.3.1 Biến dạng bê tông : Thông qua biểu đồ, tiến hành so sánh mối quan hệ lực-biến dạng bê tông dầm thí nghiệm tĩnh sau lặp sau : 1) So sánh ửong nhóm dầm cường độ bê tông, khác số lớp gia cường 87 2) So sánh nhóm dầm giống số lóp gia cường, khác cường độ bê tơng Thực so sánh tương tự với biến dạng CFRP, thép đai, thép dọc Hĩnh 5.30: Biến dạng bê tơng nhóm dầm DA 88 Hình 5.31: Biến dạng bê tơng nhóm dầm DB Hình 5.32: Biến dạng bê tơng nhóm dầm gia cường lớp CFRP 89 Hĩnh 5.33: Biến dạng bê tơng nhóm dầm gia cường lớp CFRP [4] Nhận xét: - - Với nhóm dầm DA-1F-L, DA-2F-L, biến dạng bê tông không thay đổi nhiều trước xuất vết nứt sau lặp(12T 13.5T), sau vết nứt đầu, biến dạng tăng nhanh đến phá hoại Với nhóm dầm DB-1F-L DB-2F-L biến dạng bê tông cho thấy xu hướng nhóm DA- 1F-L DA-2F-L, khơng thay đổi nhiều trước xuất vết nứt sau lặp, khác biệt biến dạng bê tông gia tăng nhanh vết nứt đầu chưa xuất tiếp tục tăng nhanh đến phá hoại Shrill ỊCỈ-L tía tin ilũ dink 90 - Trạng thái ứng suất bê tơng vị trí đo strain gauge dầm DA-1F-L, DB1F-L, DA-2F-L, DB-2F-L thay đổi liên tục giai đoạn ổn định ban đầu, từ kéo sang nén ngược lại, giai đoạn biến dạng tăng mạnh gần phá hoại, trạng thái ứng suất kéo không đồi đến phá hoại s.2.3.2 Biến dạng thép đai: 91 Hình 5.36: Biến dạng thép đai nhỏm dầm gia cường ỉởp CFRP Hình 5.37: Biến dạng thép đai nhóm dầm gia cường lớp CFRP [5] Nhận xét: - - Xử lý số liệu cho thấy biến dạng ban đầu thép đai sau lặp lớn 0, chứng minh ảnh hưởng trình lặp tác động lên thép đai, mức biến dạng nhỏ(