Khảo sát ứng xử uốn của dầm bê tông cốt thép gia cường CFRP chịu tải trọng lặp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA VŨ THÀNH ĐẠT KHẢO SÁT ỨNG XỬ UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP GIA CƯỜNG CFRP CHỊU TẢI TRỌNG LẶP Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp Mã số ngành : 60 58 02 08 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, 2017 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS HỒ HỮU CHÍNH Cán chấm nhận xét 1: TS LÊ TRUNG KIÊN Cán chấm nhận xét 2: PGS.TS NGÔ HỮU CƯỜNG Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM vào ngày 11 tháng 01 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giả Luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS NGUYỄN MINH LONG TS LÊ TRƯNG KIÊN PGS.TS NGÔ HỮU CƯỜNG TS TRẦN TUẤN KIỆT TS TRẦN VĂN PHÚC CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐỘC Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: VŨ THÀNH ĐẠT MSHV: 13210136 Ngày, tháng, năm sinh: 23/12/1988 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chun ngành: KTXD Xây dựng Cơng trình Dân Dụng & Công Nghiệp Mã số: 60580208 I TÊN ĐỀ TÀI “KHẢO SÁT ỨNG XỬ UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP GIA CƯỜNG CFRP CHỊU TẢI TRỌNG LẶP” II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG - Khảo sát thực nghiệm khả chịu uốn kết cấu dầm bê tông cốt thép có gia cường 1, lớp CFRP chịu tải trọng lặp tải trọng tăng tĩnh sau lặp đến phá hoại so sánh với mẫu đối chứng khơng gia cường - Phân tích, so sánh đánh giá kết tính tốn lý thuyết với kết thực nghiệm - Đưa nhận xét, kết luận III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/01/2016 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS HÒ HỮU CHỈNH Nội dung Đề cương Luận văn thạc sĩ Hội đồng Chuyên ngành thông qua phê duyệt Tp.HCM, ngày tháng năm 2017 CÁN BỘ HUỚNG DẪN CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG NGÀNH TS HỒ HỮU CHỈNH TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG LỜI CẢM ƠN Với đề tài luận văn theo hướng thực nghiệm, trình nghiên cứu tơi gặp khơng trở ngại khó khăn Trước tiên tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn TS Hồ Hữu Chỉnh tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt trình thực luận văn, chia sẻ cho tơi kinh nghiêm q báu ửong q trình thí nghiêm cung cấp cho kiến thức để hồn thành tốt luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn Thầy Cô cán Phòng thí nghiêm kết cấu cơng trình Bách Khoa (BKSEL) - Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng - Trường Đại học Bách khoa TP.HCM tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình thực luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn Thầy, Cô, Anh, Chị bạn lớp Cao học K2013 nhiệt tình giúp đỡ tơi suốt thời gian học tập trường Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè - người bên tôi, động viên tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt luận văn Xin chân thành cảm ơn! TÓM TẮT LUẬN VĂN Các nghiên cứu ứng xử chịu uốn cắt dầm bê tông cốt thép gia cường sợi thực ngày nhiều nước khác tính đơn giản hiệu cơng nghệ này, đặc biệt lĩnh vực gia cố nâng cấp cấu kiện cơng trình bê tơng cốt thép Trong luận văn này, học viên tập trung khảo sát thực nghiệm ứng xử uốn dầm bê tông cốt thép gia cường CFRP chịu tải ửọng lặp qua thí nghiêm uốn ba điểm Nhằm đánh giá khả chịu lực phân tích ứng xử uốn dầm bê tơng cốt thép có gia cường CFRP, tìm hiểu tải trọng lặp, học viên kết hợp nghiên cứu lý thuyết thí nghiệm Các khảo sát thực nghiêm tiến hành ố mẫu dầm bê tông cốt thép, với thay đổi hàm lượng cốt thép hàm lượng gia cường Các thông số nghiên cứu quan tâm bao gồm độ suy yếu dầm sau chịu tải trọng lặp với tần số 2Hz thời gian tiếng, khả chịu tải, chuyển vị, ứng suất biến dạng dầm chịu tải trọng lặp sau chịu tải trọng tăng dần phá hoại sở so sánh với dầm đối chứng không gia cường LỜI CAM ĐOAN Ngoại trừ kết tham khảo từ cơng trình nghiên cứu khác trích dẫn rõ luận văn, tơi xin cam đoan cơng 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 HCM, ngày 15 tháng 12 năm 2016 Vũ Thành Đạt MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG iii DANH MỤC HÌNH iv CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 MỞ ĐẦU 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.3 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 2.1 AlHammoud cộng 2.2 R.Al-Rousan cộng 2.3 J.Karthick cộng 11 CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT TÍNH TỐN 15 3.1 Công thức tính tốn độ bền kháng uốn tĩnh dầm khơng gia cường 15 3.2 Cơng thức tính tốn độ bền kháng uốn tĩnh dầm có gia cường 16 CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM 18 4.1 VẬT LIỆU 18 4.1.1 Bê tông 19 4.1.2 Thép 19 4.1.3 Tấm sợi CFRP keo 20 4.2 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHỆM 21 4.2.1 Mô tả mẫu thí nghiệm 21 4.2.2 Q trình đúc mẫu thí nghiệm 24 4.2.3 Thiết bị thí nghiệm 27 4.2.4 Quá trình gia tải 27 4.2.5 Một số hình ảnh thí nghiệm 27 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 34 5.1 Hình thái vết nứt phá hoại 34 5.2 Một số yếu tố so sánh độ suy yếu dầm 34 ii 5.3 Tổng hợp liệu thu thí nghiệm 35 5.4 Biểu đồ quan hệ lực chuyển vị trọng giai đoạn lặp 36 5.5 Biểu đồ quan hệ lực chuyển vị với số chu kỳ 40 5.6 Biểu đồ quan hệ lực chuyển vị chịu tải tăng dần đến phá hoại 42 5.7 Biểu đồ quan hệ lực biến dạng thu từ S.G Demex chịu tải tăng dần đến phá hoại 44 a Quan hệ lực biến dạng thép 44 b Quan hệ lực với biến dạng bê tông 45 c Quan hệ lực với biến dạng CFRP 46 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 51 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Q trình thử nghiệm nhóm dầm Bảng 2.2 Các thông số thực kết đưa 10 Bảng 2.3 Kết tải chu kỳ với biên độ không đổi 13 Bảng 2.4 Kết tải chu kỳ với biên độ thay đổi 13 Bảng 3.1 Khả chịu uốn tĩnh dầm khơng có gia cường CFRP 17 Bảng 3.2 Khả chịu uốn tĩnh dầm có gia cường CFRP 18 Bảng 4.1 Bảng cấp phối Mác bê tông cho lm3 19 Bảng 4.2 Các thông số kỹ thuật 20 Bảng 4.3 Mẩu thí nghiệm 21 Bảng 4.4 Tải họng dự kiến 23 Bảng 5.1 Kết tải phá hoại thực tế so với lý thuyết tính tốn 35 Bảng 5.2 Chiều cao bề rộng vết nứt thu sau phá hoại 36 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Một số hình ảnh minh họa cơng tác thi cơng gia cường FRP Hình 1.2 Đối tượng nghiên cứu đề tài Hình 2.1 Chi tiết cốt thép dầm Hình 2.2 Gia cường sửa chữa dầm CFRP Hình 2.3 Sơ đồ quy trình thí nghiêm Hình 2.4 a) Hình thái vết nứt Beam 22 (F-Ư-47-n) thử mỏi 47% biên độ tải; b) Hình thái vết nứt loại dầm bị ăn mòn khơng sửa chữa 57% biên độ tải (FU-57-h) Hình 2.5 Sơ đồ thí nghiệm cách bố trí thiết bị đo Hình 2.6 Chi tiết cốt thép sợi gia cường Hình 2.7 Dạng phá hoại hình thái vết nứt dầm chịu tải trọng động 10 Hình 2.8 Loại GFRP sử dụng thí nghiêm 11 Hình 2.9 Bố trí đặt GFRP dầm 11 Hình 2.10 Hình ảnh thí nghiệm tải trọng lặp 12 Hình 3.1 Sơ đồ ứng suất tiết diện hình chữ nhật, cốt thép đơn 15 Hình 3.2 Sơ đồ phân bố ứng suất biến dạng tiết diện hình chữ nhật gia cường chịu uốn ttạng thái giới hạn 16 Hình 4.1 Thí nghiệm nén mẫu bê tơng 19 Hình 4.2 Thí nghiệm kéo thép 20 Hình 4.3 Thí nghiệm kéo CFRP 21 Hình 4.4 Cấu tạo cốt thép dầm 22 Hình 4.5 Chi tiết gia cường sợi CFRP vị trí đặt S.G cho 22 37 24 AC - OF 22 20 _ c cbuh1 dwkj-nw rkiky IMM :> i2_| _ 18 *+ 16 ■ K- 14 ’ịf 12 * 1 ^1 ■ ỉ Hr lữ ■ í J Chun vi, Hình 5.3 Quan hệ lực chuyển vị giai đoạn lặp dầm AC-0F AC-IF _B - tMlỷl ctaktmo kỹ UiMl B BI ‘ *■ 71 ĩ' !ị / V/ ■ ,77 ỉ H l' Ị ỉ / //ỉ i '»/ / /■ * / ị /ị ế B / It KT ‘ J-i -rt Ị-' i Chuyền vị, mm Í Hình 5.6 Quan hệ lực chuyển vị giai đoạn lặp dầm BC-0F 39 Lực, 34 Chuyên vịh rmtì Hình 5.7 Quan hệ giũa lực chuyển vị giai đoạn lặp dầm BC-1F Lực, Hí IN 38 Chuycn vị lĩim r T: Hình 5.8 Quan hệ lực chuyển vị giai đoạn lặp dầm BC-2F -4- Phân tích nhãn xét: - Khi biên độ tải xác định Bảng 4.4 trình lặp với tần số 2Hz ttong thời gian tiếng tiến hành - Dầm có hàm lượng thép hàm lượng CFRP lớn sau lặp độ suy yếu dầm so với dầm có hàm lượng thép CFRP nhỏ 40 • BC-OF ■ BC IF ABC -IF b) Hình 5.9 Quan hệ lực vói sơ chu kỳ 41 LS 1.4 ♦ AC-ftF ■ AC IF L3 ▲ AC-2F a> Í1.9 _ n- Hr — - -r - n -r n- n !IIII!IịI So elm kỳ 11 ♦ 1.ỨS3 ♦ BC-OF ■ BC IF À BC 2F ỦL& b) as SSPSSBSS sổ chu kỳ Hình 5.10 Quan hệ chuyển vị vói số chu kỳ 42 -4- Nhân xét: - Theo lý thuyết tính tốn dầm có gia cường CFRP khả chịu lực tăng từ 11^-» 47% (trung bình 27%), sau thí nghiệm 7—>33% (trung bình 19%) tức CFRP bị suy yếu trình lặp - Độ lệch độ suy giảm độ bền hệ dầm A từ 4.5—>7.1 % (trung bình 5.8%) hệ dầm B từ 2.9—>4.9% (trung bình 3.9%) dẫn đến hàm lượng thép nhiều mức độ suy yếu dầm - Độ lệch độ suy giảm độ cứng hệ dầm A từ 2.9—>7.1% (trung bình 5%) hệ dầm B từ 1.9—>6.1 % (trung bình 4%) ảnh hưởng hàm lượng thép thể rõ ràng - Ảnh hưởng độ suy yếu dầm theo độ bền 7.8% ảnh hưởng độ suy yếu dầm theo độ cứng 5.6 Biểu đồ quan hệ lực chuyển vị chịu tải tăng dần đến phá hoại *-■ 43 Hình 5.11 Quan hệ lực chuyển vị dầm *■ Phân tích kết luân : - Khoảng 2400 chu kỳ đầu xuất vết nứt dọc dầm, 7200 chu kỳ có lan truyền vết nứt từ dầm đến gần gối tựa, nhung bề rộng vết nứt nhỏ Hình 5.1a - Với hàm lượng thép nhau, nhung độ dốc biểu đồ lớn tức với lực lớn nhung chuyển vị nhỏ dẫn đến dầm có gia cường CFRP nhiều chuyển vị Với hàm lượng nhau, nhung độ dốc biểu đồ lớn tức lực lớn nhung chuyển vị nhỏ dẫn đến dầm có hàm lượng thép nhiều chuyển vị 44 5.7 Biểu đồ quan hệ lực biến dạng thu từ S.G Demex chịu tải tăng dần đến phá hoại a Quan hệ lực biến dạng thép Hình 5.13 Quan hệ lực biến dạng nhóm dầm B -4- Nhận xét: - Sau lặp thép có biến dạng 45 - Thép đạt trạng thái chảy dẻo chịu phá hoại tăng tĩnh - Dầm bị phá hoại dẻo b Quan hệ lực với biến dạng bê tông AC-1F AC ir ») se - BC) -1.1 -12 -1 0.8 -ftfi 0.4 o,i J Bien dạng (xlMO) Hình 5.14 Quan hệ lực biến dạng bê tông 46 -4- Nhân xét: - Sau lặp bê tơng có biến dạng - Phần bê tông chịu nén chưa bị phá hoại chịu tải tăng dần đến phá hoại - Dầm bị phá hoại dẻo c Quan hệ lực với biến dạng CFRP íỉ -■ Ã' S' s s A-C-1F s 30 ****AC’F ? -ỉ-’ / / / ỉ *) t * / í> ■* * / I1 ■- (ú 1.5 ì ĩ.5 Biin dạng (1101)0) Hình 5.15 Quan hệ lực vói biến dạng CFRP 47 *■ Nhân xét: - Tấm CFRP bị phá hoại - Biến dạng đạt đến giá trị cực đại, mức độ gia cường đạt hiệu tối đa, tham gia vào khả chịu lực dầm 48 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Hình thái vết nứt nhóm dầm khảo sát từ dầm lan dần biên, khơng có vết nứt xiên, đảm bảo dầm làm việc phá hoại uốn, CFRP tham gia làm việc tối đa cho dầm (Ef > 2.1xl0'3) Độ suy giảm độ bền độ võng dầm sau Nf = 14400 chênh lệch không nhiều Hàm lượng cốt thép nhiều suy yếu dầm sau lặp chuyển vị Lực lớn biên độ tải Es < 2/3£y nằm giới hạn tải khai thác, dầm sau lặp 2h với tần số 2Hz suy yếu dầm sau lặp nhỏ Vì để thấy rõ suy yếu dầm sau lặp ta phải tăng lực lớn biên độ tải lên đồng thời tăng số lượng chu kỳ Để hiểu thêm đề tài thực nghiêm nghiên cứu nên thêm phần mô số để kiểm chứng rõ ràng 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] , ACI 318-14, Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary, ACI [2] , ACI 440.2R-08, Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures, ACI [3] , Heffernan P.J (1997), Fatigue Behaviour of Reinforced Beams Strengthened with CFRP Laminate, Journal of Engineering and Development 11(2), p.l- 152 [4] , Rania Al-Hammoud, Khaled Soudki, Timothy H Topper (2011), Fatigue Flexural Behavior of Corroded Reinforced Concrete Beams Repahed with CFRP Sheets, Journal of Composite for Construction 15 (1), pp.42-51 [5] , Al-Rousan R., Issa M (2011), Fatigue Performance of Reinforced Concrete Beam Strengthened with CFRP Sheets, Construction and Building Materials 25(8), p.3520-3529 [6] , Karthick J., Natarajan K (2014), Cyclic Load Behavior of RC T-Beams internally Reinforced with GFRP Reinforcements, International Journal of Advanced Research in Education Technology (1), p.11-16 [7] , Tom Norris, Hamid Saadatmanesh, Mohamad R Ehsani (1997), Shear and Flexural Strengthening of RC Beams with Carbon Fiber Sheets, Journal of Structural Engineering 123(7), 903-911 [8] , Bonacci J., Maalej M (2001), Behavioral ttends of RC beams strengthened with externally bonded FRP, J Compos Constr (2), 102-103 [9] , Craig B., Soudki K.A (2005), Post-repah performance of corroded bond critical RC beams repahed with CFRP, ACISP 230, FRPRCS-7, Farmington Hills, Mich., 563-578 [10] Al-Hammoud, R (2006), Fatigue flexural behaviour of corroded reinforced concrete beams repaired with CFRP sheets, MS thesis, Univ, of Waterloo, Waterloo, Ont [11] , Shahawy M., Beitelman T (1999), Static and fatigue performance of RC beams sttengthened with CFRP laminates, J Struct Eng 125(6), 613-621 [12] , Koh c., Ang K., Zhang L (1997), Effects of repeated loading on creep deflection of reinforced concrete beams, Eng Struct 19(1), 2-18 [13] , Masoud s., Soudki K., Topper T (2001), CFRP strengthened and corroded RC beams under monotonic and fatigue loads, J Compos Constr 5(4), 228- 381 51 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: vũ THÀNH ĐẠT Ngày, tháng, năm sinh: 23/12/1988 Nơi sinh: Quảng Ngãi Địa liên lạc: Thôn 3, Xã Đức Nhuận, Huyện Mộ Đức, Tỉnh Quảng Ngãi ĐTDĐ: 0938.254.826 Email: datvtqn@gmail.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 2006 - 2011: Kỹ sư Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nắng 2013 - 2016: Học viên cao học chun ngành Xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp, Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM ... “KHẢO SÁT ỨNG XỬ UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP GIA CƯỜNG CFRP CHỊU TẢI TRỌNG LẶP” II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG - Khảo sát thực nghiệm khả chịu uốn kết cấu dầm bê tơng cốt thép có gia cường 1, lớp CFRP. .. trung khảo sát thực nghiệm ứng xử uốn dầm bê tông cốt thép gia cường CFRP chịu tải ửọng lặp qua thí nghiêm uốn ba điểm Nhằm đánh giá khả chịu lực phân tích ứng xử uốn dầm bê tơng cốt thép có gia cường. .. hoại 1.4 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Đã có nhiều nghiên cứu khảo sát thực nghiệm ứng xử dầm BTCT gia cường sợi CFRP chịu tải trọng tĩnh Việc nghiên cứu ứng xử suy yếu dầm gia cường chịu tải lặp bước tiến