Nghiên cứu hiệu quả gia cường kháng uốn cho dầm bê tông cốt thép bằng vật liệu tấm sợi các bon

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm dầm bê tông cốt thép (BTCT) được gia cường sức kháng uốn bằng vật liệu tấm sợi các bon (CFRP). Nghiên cứu được tiến hành trên 03 dầm BTCT có cùng kích thước hình học và cấu tạo vật liệu. Trong đó 01 dầm không gia cường (dầm đối chứng), 02 dầm được gia cường chịu uốn bằng vật liệu CFRP với diện tích tấm gia cường khác nhau.

KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ GIA CƯỜNG KHÁNG UỐN CHO DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG VẬT LIỆU TẤM SỢI CÁC BON TS NGUYỄN TRUNG HIẾU Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Tóm tắt: Bài báo trình bày kết nghiên cứu thực nghiệm dầm bê tông cốt thép (BTCT) gia cường sức kháng uốn vật liệu sợi các-bon (CFRP) Nghiên cứu tiến hành 03 dầm BTCT có kích thước hình học cấu tạo vật liệu Trong 01 dầm khơng gia cường (dầm đối chứng), 02 dầm gia cường chịu uốn vật liệu CFRP với diện tích gia cường khác Những kết thu thơng qua nghiên cứu góp phần làm rõ ứng xử dầm bê tông cốt thép gia cường vật liệu CFRP hiệu việc gia cường kháng uốn cho dầm bê tơng cốt thép loại vật liệu Từ khóa: gia cường; sợi bon; dầm BTCT; khả chịu uốn Đặt vấn đề Hiện nay, việc sử dụng sợi composite cường độ cao (Fibre reinforced polymer, viết tắt FRP) a- Gia cường sức kháng cắt cơng tác gia cường kết cấu cơng trình áp dụng phổ biến nước tiên tiến giới Các kết cấu cơng trình gia cường kết cấu cột, dầm, sàn bê tông cốt thép, kết cấu khối xây gạch,… Trong số vật liệu composite dùng để gia cường kết cấu bê tơng cốt thép vật liệu sợi bon (viết tắt CFRP) sử dụng rộng rãi Phương pháp gia cường vật liệu CFRP tận dụng ưu điểm loại vật liệu cường độ chịu kéo mô đun đàn hồi cao, trọng lượng nhẹ, khơng bị ăn mòn, Bên cạnh ưu điểm đặc tính học, gia cường vật liệu CFRP cho thấy tiện lợi cho q trình thi cơng gia cường nhanh chóng, đơn giản, khơng cần nhiều máy móc thiết bị, thời gian thi cơng nhanh Trên hình giới thiệu hình ảnh sử dụng sợi CFRP việc gia cường sức kháng cắt kháng uốn cho dầm bê tông cốt thép b- Gia cường sức kháng uốn Hình Hình ảnh gia cường dầm bê tông cốt thép vật liệu CFRP Ở nước ta, vật liệu FRP sử dụng cho việc gia cường số cơng trình cầu nhà dân dụng Tuy nhiên việc áp dụng hạn chế, chưa phổ biến nguyên nhân giá thành tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng cho loại vật liệu gia cường Hiện nước ta chưa có tiêu chuẩn tính tốn thiết kế, gia cường kết cấu bê tông cốt thép vật liệu FRP Việc tính tốn chủ yếu dựa theo tiêu chuẩn nước tiêu chuẩn ACI [3] Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2015 Nội dung báo trình bày kết nghiên cứu thực nghiệm làm việc kết cấu dầm BTCT gia cường vật liệu CFRP Nghiên cứu thực Phòng Thí nghiệm Kiểm định cơng trình - Trường Đại học Xây dựng Hà Nội Những kết thu thơng qua nghiên cứu góp phần làm rõ ứng xử dầm bê tông cốt thép gia cường vật liệu CFRP hiệu việc gia cường kết cấu dầm BTCT chịu uốn loại vật liệu KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Nghiên cứu thực nghiệm 2.1 Mẫu thí nghiệm vật liệu chế tạo nén (phía dầm) bố trí 210, cốt đai 8 khoảng cách 150 mm Trong nghiên cứu này, 03 mẫu dầm chế tạo giống trước tiến hành gia cường (hình 2) Các mẫu dầm BTCT thí nghiệm có chiều dài 2000 mm, kích thước tiết diện b x h = 150 x 200 mm Qua tính tốn sơ để tránh cho mẫu dầm thí nghiệm khơng bị phá hoại lực cắt, lựa chọn cốt dọc chịu lực vùng kéo (phía dầm) 310, cốt dọc vùng Trong số 03 dầm thí nghiệm 01 dầm không gia cường (ký hiệu dầm D1) sử dụng làm dầm đối chứng 02 dầm, ký hiệu D2 D3, gia cường kháng uốn CFRP có chiều dày 1mm, chiều dài 1800mm chiều rộng 60 mm, 80mm Chi tiết gia cường dầm trình bày hình 3 2Ø10 2Ø10 200 200 Ø8a150 50 3Ø10 Ø8a150 50 3Ø10 2000 150 1-1 200 Hình Cấu tạo dầm BTCT trước gia cường 1 50 50 2000 150 1-1 200 50 50 1800 60 50 50 150 2000 1-1 200 50 50 1800 50 50 80 150 2000 1-1 Hình Chi tiết cấu tạo dầm gia cường vật liệu CFRP Cường độ vật liệu bê tông, vật liệu thép sử dụng chế tạo dầm xác định thơng qua thí nghiệm mẫu thí nghiệm trình bày tóm tắt bảng Bảng Cường độ bê tông thép chế tạo dầm xác định thực nghiệm Cường độ chịu nén (mẫu trụ D x H =150 x 300 mm) Giới hạn chảy thép 10 Giới hạn chảy thép 8 bê tông 34,7 (MPa) 325 (MPa) 240 (MPa) Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2015 KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Vật liệu CFRP sử dụng gia cường keo dán epoxy hãng Tyfo – Đài Loan sản xuất (hình 4) Các thơng số học vật liệu nhà sản xuất cung cấp trình bày bảng Bảng Các đặc trưng học vật liệu CFRP sử dụng nghiên cứu Cường độ chịu theo phương sợi Độ dãn dài cực hạn Mô đun đàn hồi kéo cực hạn 986 (MPa) 1,0 % 85,8 (GPa) Hình Tấm CFRP sử dụng nghiên cứu Các dầm D1, D2 D3 chịu tác dụng 02 tải trọng tập trung P trình bày hình Kết tính tốn tải trọng lớn Pgh gây phá hoại dầm theo tiêu chuẩn ACI [3] trình bày tóm tắt bảng Về mặt lý thuyết, khả chịu lực dầm gia cường, D2 D3, cải thiện đáng kể so với dầm không gia cường D1 Bảng Tải trọng phá hoại mẫu dầm theo tiêu chuẩn ACI Dầm D1 D2 D3 Tải trọng phá hoại dầm Pgh ( KN) 17,1 23,2 25,4 2.2 Quy trình gia cường mẫu thí nghiệm Trên hình giới thiệu số hình ảnh thi cơng gia cường dầm vật liệu CFRP Đầu tiên, bề mặt dầm vùng dán gia cường đánh máy mài cầm tay giấy ráp để loại bỏ phần vữa xi măng chất lượng tăng bám dính CFRP bề mặt a- Mài phẳng, làm bề mặt bê tơng Tạp chí KHCN Xây dựng - số 1/2015 bê tông Tiếp đến quét lớp keo dán epoxy lên bề mặt bê tông thành lớp mỏng quét lên hai mặt CFRP cho keo epoxy xâm nhập hết vào CFRP Cuối dán CFRP lên bề mặt bê tơng Thí nghiệm tiến hành sau 72 h để đảm bảo lực dính kết CFRP bề mặt bê tông b- Quét keo epoxy lên bề mặt bê tông ... cấu tạo dầm gia cường vật liệu CFRP Cường độ vật liệu bê tông, vật liệu thép sử dụng chế tạo dầm xác định thơng qua thí nghiệm mẫu thí nghiệm trình bày tóm tắt bảng Bảng Cường độ bê tông thép chế... lực vùng kéo (phía dầm) 310, cốt dọc vùng Trong số 03 dầm thí nghiệm 01 dầm khơng gia cường (ký hiệu dầm D1) sử dụng làm dầm đối chứng 02 dầm, ký hiệu D2 D3, gia cường kháng uốn CFRP có chiều... DỰNG Nghiên cứu thực nghiệm 2.1 Mẫu thí nghiệm vật liệu chế tạo nén (phía dầm) bố trí 210, cốt đai 8 khoảng cách 150 mm Trong nghiên cứu này, 03 mẫu dầm chế tạo giống trước tiến hành gia cường