Đang tải... (xem toàn văn)
Trong thời gian gần đây, bê tông cốt lưới dệt đang dần trở thành một loại vật liệu phổ biến để tăng cường cho kết cấu bê tông. Nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá hiệu quả của việc sử dụng bê tông cốt lưới dệt các bon để bọc tăng cường cho kết cấu cột bê tông cốt thép. Nghiên cứu thực nghiệm và tính toán đồng thời được triển khai để xác định ứng xử chịu lực tổng thể cũng như hiệu quả kiềm chế nở ngang của kết cấu được tăng cường. Nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện trên sáu mẫu cột vuông bê tông cốt thép, trong đó có bốn cột được tăng cường bằng bê tông cốt lưới dệt với hai hàm lượng lưới sợi các bon khác nhau và hai cột còn lại không được tăng cường làm mẫu đối chứng. Kết quả thí nghiệm cho thấy, việc sử dụng các lớp bê tông cốt lưới dệt các bon đã làm tăng tính dẻo và khả năng chịu lực của các cấu kiện. Các kết quả thí nghiệm cũng đồng thời được sử dụng để đánh giá sự phù hợp của các chỉ dẫn thiết kế nêu trong tiêu chuẩn ACI 549.4-13 và Zulassung Z-31.10-182.
Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 486-499 Transport and Communications Science Journal EXPERIMENTAL AND ANALYTICAL EVALUATION OF CONCENTRICALLY LOADED REINFORCED CONCRETE COLUMNS STRENGTHENING BY CARBON TEXTILE REINFORCED CONCRETE JACKETING Ngo Dang Quang1, Nguyen Huy Cuong1*, Nguyen Duy Tien1 University of Transport and Communications, No Cau Giay Street, Hanoi, Vietnam ARTICLE INFO TYPE: Research Article Received: 13/3/2020 Revised: 9/6/2020 Accepted: 10/6/2020 Published online: 28/6/2020 https://doi.org/10.25073/tcsj.71.5.3 * Corresponding author Email: nguyenhuycuong@utc.edu.vn; Tel: 098 983 2425 Abstract Nowadays, TRC (textile reinforced concrete) has become a very popular strengthening technique for concrete structures This paper presents an investigation into the efficacy of TRC for strengthening reinforced concrete column Experimental and analytical studies were conducted to evaluate the performance and the confinement effectiveness of the proposed strengthening method The experimental study was performed on a series of six reinforced concrete square columns tested to failure Two of them were un-strengthened as references, the other four columns were strengthened with two different layers of carbon TRC The results indicated that the application of carbon TRC enhanced the ductility and ultimate strength of the specimens The results from these tests were also used to evaluate the design provisions of the ACI 549.4-13 and Zulassung Z-31.10-182 Keywords: textile reinforced concrete, strengthen, column, confinement, carbon textile reinforcement © 2020 University of Transport and Communications 486 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số 05 (06/2020), 486-499 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ TÍNH TỐN CỘT BÊ TƠNG CỐT THÉP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM ĐƯỢC TĂNG CƯỜNG BẰNG BÊ TÔNG CỐT LƯỚI DỆT CÁC BON Ngô Đăng Quang1, Nguyễn Huy Cường1*, Nguyễn Duy Tiến1 Trường Đại học Giao thông vận tải, Số Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam THÔNG TIN BÀI BÁO CHUN MỤC: Cơng trình khoa học Ngày nhận bài: 13/3/2020 Ngày nhận sửa: 9/6/2020 Ngày chấp nhận đăng: 10/6/2020 Ngày xuất Online: 28/6/2020 https://doi.org/10.25073/tcsj.71.5.3 * Tác giả liên hệ Email: nguyenhuycuong@utc.edu.vn; Tel: 0989832425 Tóm tắt Trong thời gian gần đây, bê tông cốt lưới dệt dần trở thành loại vật liệu phổ biến để tăng cường cho kết cấu bê tông Nghiên cứu thực nhằm đánh giá hiệu việc sử dụng bê tông cốt lưới dệt bon để bọc tăng cường cho kết cấu cột bê tông cốt thép Nghiên cứu thực nghiệm tính tốn đồng thời triển khai để xác định ứng xử chịu lực tổng thể hiệu kiềm chế nở ngang kết cấu tăng cường Nghiên cứu thực nghiệm thực sáu mẫu cột vuông bê tông cốt thép, có bốn cột tăng cường bê tông cốt lưới dệt với hai hàm lượng lưới sợi bon khác hai cột cịn lại khơng tăng cường làm mẫu đối chứng Kết thí nghiệm cho thấy, việc sử dụng lớp bê tông cốt lưới dệt bon làm tăng tính dẻo khả chịu lực cấu kiện Các kết thí nghiệm đồng thời sử dụng để đánh giá phù hợp dẫn thiết kế nêu tiêu chuẩn ACI 549.4-13 Zulassung Z-31.10-182 Từ khóa: bê tơng cốt lưới dệt, tăng cường, cột, kiềm chế nở ngang, cốt lưới dệt bon © 2020 Trường Đại học Giao thông vận tải GIỚI THIỆU CHUNG Bê tông cốt lưới dệt (TRC, Textile Reinforced Concrete) loại vật liệu thuộc nhóm composite có gốc xi măng, bao gồm bê tơng hạt mịn cốt lưới dệt Lưới dệt sử dụng làm cốt TRC có nguồn gốc từ sợi bon, thuỷ tinh, bazan, v.v [1] TRC nghiên cứu phát triển từ mạnh từ năm 1990 CHLB Đức [1-5] Vật liệu sử 487 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 486-499 dụng hiệu để tăng cường kết cấu bê tông, bao gồm tăng cường khả chịu uốn, chịu cắt chịu nén Khi sử dụng làm vật liệu tăng cường, bê tơng hạt mịn đóng vai trò chất nền, truyền lực từ cốt lưới dệt lên kết cấu tăng cường Do đó, TRC coi vật liệu có độ bền chịu ăn mịn chịu cháy cao Vì vậy, phương pháp tăng cường TRC có ưu điểm đặc biệt áp dụng nơi có điều kiện mơi trường khắc nghiệt, khu vực chịu tác động mạnh ánh sáng mặt trời, khu vực ven biển, hải đảo Ngoài ra, sử dụng với cốt sợi khơng bị ăn mịn thuỷ tinh kháng kiềm, bon, v.v bê tơng hạt mịn chế tạo từ cát biển, góp phần hạn chế việc sử dụng cát sông khan Mục đích việc sửa chữa, tăng cường khả chịu nén cho kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) TRC khôi phục bổ sung khả chịu lực tính dẻo chịu nén cho cấu kiện Sức kháng nén cấu kiện khôi phục bổ sung nhờ việc tăng diện tích bê tơng hạt mịn chịu nén, quan việc tăng khả chịu nén bê tông cột (gọi bê tông vùng lõi) nhờ hiệu ứng kiềm chế nở ngang tạo cốt lưới dệt Nghiên cứu Lorenz [3] cho thấy, khả chịu nén trực tiếp TRC nhỏ đáng kể so với thân bê tông hạt mịn Lý là, có cốt lưới dệt, bê tơng hạt mịn có thêm điểm yếu vị trí tiếp giáp bê tơng cốt lưới dệt Ngồi ra, chịu nén, bó sợi đặt theo phương vng góc với phương chịu lực có xu hướng biến dạng nhỏ lại, qua đó, làm giảm khả chịu nén bê tông Tuy nhiên, chịu nén gián tiếp, nghĩa sử dụng để tăng khả kiềm chế nở ngang cho bê tông, TRC làm tăng đáng kể khả chịu lực Ortlepp cộng [4] nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá hiệu tăng cường cấu kiện chịu nén TRC Theo đó, tác dụng hiệu ứng kiềm chế nở ngang làm tăng khả chịu nén cho cột đến 300 đến 400 % so với tác dụng bê tông hạt mịn Khi tăng cường chịu nén, phương chịu lực cốt lưới dệt cần bố trí vng góc nghiêng góc với phương lực nén Để đảm bảo khả chịu lực, cốt lưới dệt cần phải có đủ chiều dài neo phải giữ để tránh tượng “tách vỏ” Có thể phải sử dụng hệ thống neo học bê tông bê tông cốt lưới dệt Đồng thời, để phát huy hiệu tăng cường tránh cho cốt lưới dệt bị phá hoại sớm, trước thi công, cạnh cấu kiện tăng cường nên làm tròn [4] Triantafillou cộng [6] nghiên cứu thực nghiệm tăng cường cột BTCT “lớp áo” TRC cho rằng, hiệu tăng cường khả chịu nén tính dẻo kết cấu phụ thuộc vào hàm lượng cốt lưới dệt (số lớp lưới sợi), cường độ chịu kéo bê tông hạt mịn (từ định đến việc phá hoại xảy lưới sợi bị kéo tuột hay bị kéo đứt) Nhằm bước đưa TRC vào sử dụng cơng trình xây dựng cách an tồn tin cậy, thời gian qua, loạt nghiên cứu thực trường Đại học Giao thông vận tải TRC nghiên cứu việc tăng cường khả chịu uốn chịu cắt cho dầm [9], chịu chọc thủng cho sàn [10] Sau nghiên cứu bản, TRC lần ứng dụng thành công việc tăng cường khả chịu lực cho sàn nhà công nghiệp Vĩnh Phúc [11] Bài báo trình bày số kết nghiên cứu thực nghiệm việc tăng cường khả chịu nén cho cột BTCT phương pháp bọc TRC, sử dụng bê tơng cát biển kết hợp với lưới sợi bon; từ đánh giá phù hợp 488 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số 05 (06/2020), 486-499 dẫn thiết kế tính tốn sức kháng nén cột tăng cường nêu tiêu chuẩn ACI 549.4-13 (Mỹ) Zulassung Z-31.10-182 (Đức) Tuy nhiên, thực thời gian tương đối ngắn nên mục tiêu báo xác định ứng xử ngắn hạn Ảnh hưởng cát biển đến ứng xử lâu dài kết cấu chưa xem xét NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 2.1 Thiết lập thí nghiệm 200 6a200 200 Cột đối chứng C0-1; C0-2 200 12 Đai Điểm kết thúc Điểm đoạn neo chồng bắt đầu 800 225 200 Bê tông cát biển Bê tông lõi cột 235 Cốt thép dọc 6a50 200 30 Lưới sợi 6a200 12 200 6a50 Trong nghiên cứu này, sáu cột BTCT có kích thước 200 × 200 × 800 mm thí nghiệm để xác định hiệu tăng cường khả chịu nén TRC Trong đó, có cột (được ký hiệu C0-1 C0-2) sử dụng làm mẫu đối chứng; hai cột (C1-1 C1-2) tăng cường lớp lưới sợi dệt bon quấn xung quanh tiết diện cột; hai cột lại (C2-1 C2-2) tăng cường lớp lưới sợi bon Cốt thép cho cột BTCT gồm cốt dọc Ø12 cốt đai Ø6 đặt dày đầu cột (Hình 1) 220 C1-1; C1-2 Tăng cường lớp lưới 230 C2-1; C2-2 Tăng cường lớp lưới Hình Cấu tạo cột BTCT thí nghiệm Sau chế tạo, cột BTCT bảo dưỡng 28 ngày Sau đó, cột BTCT tăng cường bê tông hạt mịn cát biển cốt lưới dệt (Hình 2) Để tạo hiệu ứng kiềm chế nở ngang tốt cho bê tơng cột, góc cột vát trịn với bán kính cm Đầu tiên, lớp bê tơng cát biển có chiều dày mm trát lên bề mặt cột tạo nhám Sau đó, lớp lưới sợi quấn xung quanh mặt tiết diện cột Tiếp theo, lớp bê tông hạt mịn thứ trát bổ sung, đoạn lưới sợi "neo chồng" lại tiếp tục quấn lên cạnh (đối với cột C1-1 C1-2) Với cột C2-1 C2-2, việc tăng cường thực tương tự với lớp lưới sợi quấn xung quanh tiết diện cột Về tính chất vật liệu, cốt thép dọc cốt thép đai có cường độ chịu kéo trung bình 422 MPa 363 MPa Bê tơng cột có cường độ chịu nén trung bình tuổi 28 ngày 39,5 MPa Bê tông hạt mịn cát biển chế tạo từ xi măng poóc lăng bền sun phát PCSR40 489 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 486-499 X18, tro bay Nhà máy nhiệt điện Phả Lại, phụ gia sikament NN cát biển lấy từ bãi biển Cửa Lò (Nghệ An) [8] Bê tơng có cường độ chịu nén cường độ chịu kéo uốn trung bình tuổi 28 ngày 44,14 MPa 7,47 MPa Hình Quy trình chế tạo tăng cường cột BTCT TRC Hình Lưới sợi bon thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo sợi bê tông Cốt lưới sợi dệt sử dụng nghiên cứu sợi bon SITgrid017, sản xuất hãng V.FRAAS (Đức) Các bó sợi bon có độ mịn 3200 tex, dệt theo phương (0/90°), với khoảng cách bó sợi 12,7 mm Mỗi bó sợi tổ hợp từ 48.000 sợi bản, có diện tích tiết diện bó sợi 1,808 mm2 Diện tích lưới sợi dệt mét rộng 140 mm2 Cường độ chịu kéo mơ đun đàn hồi bó sợi trần, xác định từ thí nghiệm kéo dọc trục, 2890 MPa 185 GPa Bên cạnh đó, nghiên cứu cịn thực thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo bó sợi đặt bê tơng cát 490 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số 05 (06/2020), 486-499 biển, theo khuyến cáo dẫn kỹ thuật RILEM Technical Committee 232-TDT Mẫu thí nghiệm TRC có kích thước 25 × 600 × mm có bó sợi nằm (Hình 3) Mẫu thí nghiệm gia tải dọc trục phá hoại (bó sợi nằm bê tơng bị kéo đứt) Kết thí nghiệm cho thấy, cường độ chịu kéo trung bình bó sợi SITgrid017 nằm bê tông cát biển 2750 MPa, nhỏ so với cường độ chịu kéo bó sợi trần Trong thí nghiệm, tất cột gia tải nén dọc trục, theo phương pháp không chế lực với tốc độ gia tải kN/s, thực máy kéo - nén SANS 3000kN, phịng thí nghiệm Vật liệu Kết cấu xây dựng, thuộc trường Đại học Giao thông vận tải Việc bố trí thiết bị đo thể Hình Để xác định ứng xử kết cấu, giá trị phản lực chân cột chuyển vị đầu cột xác định từ máy kéo nén; giá trị biến dạng dọc biến dạng ngang mặt cột chiều cao xác định từ điện trở dán vị trí đó; giá trị chuyển vị dọc chuyển vị ngang thân cột lấy từ thiết bị đo chuyển vị (LVDT) bố trí vị trí tương ứng Hình Thiết lập hệ thống đo thí nghiệm cột chịu nén tâm 2.2 Kết thí nghiệm Mối quan hệ lực tác dụng chuyển vị dọc trục cột thí nghiệm biểu diễn Hình 5, cấu trúc vết nứt mẫu thí nghiệm biểu diễn Hình 6, Hình Hình Giá trị tải trọng lớn hiệu tăng cường tính tốn tóm tắt Bảng Hình cho thấy, ứng xử chịu lực tất cột tương tự Trên phần lớn trình chịu lực, chuyển vị dọc trục cột tăng cường cột không tăng cường tăng gần tuyến tính với giá trị lực Độ cứng kết cấu cột tăng cường có phần lớn so với cột khơng tăng cường Điều giải thích tiết diện cấu kiện tăng cường gia tăng đáng kể, đặc biệt với cột tăng cường lớp lưới sợi dệt Các cột không tăng cường (C0-1 C0-2) bắt đầu bị nứt dọc theo chiều cao cột mức tải trọng xấp xỉ 1200 kN, bị phá hoại mức tải trọng xấp xỉ 1720 kN Tại thời điểm này, vết nứt dọc mở rộng, kèm theo uốn cong cốt thép dọc (Hình 6), đặc biệt khu vực cột, nơi có khoảng cách cốt thép đai thưa (=200 mm) Bê tông lõi cột khu vực có dấu hiệu bị ép vỡ, phần lớp bê tơng bảo vệ ngồi cốt đai bị bong bật hẳn Quan hệ lực tác dụng biến dạng dọc trục, biến dạng ngang mặt ngồi bê tơng cột C0-1 biểu diễn Hình Có thể thấy, biến dạng dọc trục bê 491 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 486-499 tông cột thời điểm phá hoại xấp xỉ 3,5‰, biến dạng ngang bê tông xấp xỉ 0,3‰ Tuy nhiên, biến dạng dọc trục biến dạng ngang mặt cột chênh 9,2% 61,4% Điều chứng tỏ kết cấu cột chịu nén khơng hồn tồn tâm Hình Quan hệ lực - chuyển vị dọc trục cột thí nghiệm Bảng Giá trị tải trọng lớn hiệu tăng cường tính tốn Cột C0-1 C0-2 C1-1 C1-2 C1-1 C2-2 Tiết diện cột b h (mm) (mm) 200 200 220 225 230 235 Lực phá hoại Pi (kN) Ptb (kN) 1755,49 1685,25 2215.67 2319,84 2530,58 2456,96 Hiệu tăng cường Tổng thể Hiệu ứng kiềm chế % nở ngang (%) 1720,36 - - 2267,75 31,82 15,25 2493,76 44,96 20,46 Các cột tăng cường với lớp lưới sợi bị phá hoại theo trạng thái tương tự (Hình Hình 9), với vết nứt dọc theo chiều dài cột xuất nhiều gần góc tiết diện cột Đối với cột này, vết nứt xuất dọc theo chiều cao cột mức tải trọng xấp xỉ 1395 kN 1455 kN, tương ứng với cột bổ sung lớp lưới sợi Tại thời điểm này, biến dạng ngang mặt bê tông cột tăng đột ngột mức biến dạng xấp xỉ 0,3‰ Mức biến dạng gây nứt lớn (lớn so với bê tơng thơng thường), giải thích bê tơng cát biển có cường độ chịu kéo uốn cao, mô đun đàn hồi thấp so với bê tông thông thường [8] Sau đó, vết nứt khác xuất Cấu trúc vết nứt cột tăng cường có số lượng vết nứt nhiều hơn, bề rộng vết nứt nhỏ (Hình 6, Hình Hình 9) Nhờ lớp vỏ TRC, mặt tiết diện cột không bị vỡ vụn, bong bật cột không tăng cường Tại thời điểm phá hoại, biến dạng dọc bê tông cát biển cột C2-2 xấp xỉ 5‰ Trong đó, cột C1-1, biến dạng dọc lớp vỏ bê tông cát biển dao động từ 3,0 – 3,7 ‰ Sự chênh lệch 492 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số 05 (06/2020), 486-499 biến dạng dọc lớp vỏ bê tông cát biển mặt cột cho thấy, kết cấu cột chịu nén khơng hồn tồn tâm Hình Dạng phá hoại cột đối chứng C0-1 C0-2 Hình Quan hệ lực biến dạng cột thí nghiệm 493 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 486-499 Với vật liệu cấu tạo thí nghiệm, khả chịu nén dọc trục cột tăng cường TRC với lớp lưới sợi tăng lên 31,82% 44,96 % so với cột không tăng cường Sự tăng khả chịu lực giải thích hai lý do: tiết diện cột mở rộng (từ phần bê tông cát biển) hiệu kiềm chế nở ngang lưới sợi dệt bê tông lõi cột Hiệu ứng kiềm chế nở ngang sinh cốt lưới dệt tính cách gần chênh lệch khả chịu lực cột tăng cường sau bỏ phần tham gia bê tông cát biển khả chịu lực cột khơng tăng cường Kết tính tốn cho thấy, việc sử dụng lớp lưới sợi tạo hiệu ứng kiềm chế nở ngang, làm tăng hiệu chịu nén 15,25% 20,46% Các mẫu cột C1-1 C1-2 sau đục bỏ lớp nứt vỡ bên ngồi thấy rằng, bó sợi ngang góc tiết diện cột bị kéo đứt (Hình 8), đặc biệt đoạn có khoảng cách cốt đai thưa (=200 mm) Đồng thời, bê tông vùng lõi cột ban đầu bị ép vỡ vụn, lớp “áo” TRC chưa có nhiều vết nứt mở rộng lớn Điều chứng tỏ hiệu đáng kể lưới sợi dệt việc kiềm chế nở ngang cho kết cấu cột thí nghiệm Ở cột tăng cường lớp lưới sợi, bó sợi ngang lớp lưới sợi bị kéo đứt vị trí góc tiết diện cột Tuy nhiên, số lượng bó sợi ngang lớp lưới sợi phía bị kéo đứt (Hình 9) Hình Dạng phá hoại cột tăng cường lớp lưới sợi Hình Dạng phá hoại cột tăng cường lớp lưới sợi 494 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số 05 (06/2020), 486-499 TÍNH TỐN XÁC ĐỊNH SỨC KHÁNG NÉN CỦA CỘT ĐƯỢC TĂNG CƯỜNG THEO MỘT SỐ TIÊU CHUẨN THIẾT KẾ 3.1 Sức kháng nén cấu kiện tăng cường – xác định theo tiêu chuẩn Đức Zulassung Z-31.10-182 Sức kháng nén mặt cắt sau tăng cường tính tốn đề xuất nêu tiêu chuẩn sở Đức, Zulassung Z-31.10-182 [2], sau: N u = max ( N u1 , N u ) (1) Với: Nu1 tổng sức kháng nén lớp vỏ bê tông hạt mịn phần lõi, không xét đến hiệu ứng kiềm chế nở ngang Nu2 sức kháng nén phần lõi với bê tông kiềm chế nở ngang Nu1 xác định theo công thức sau: Nu1 = Nc + N fc = 0,85 f c Ac + As f y + 0, 27 f fcm Afc ,eff (2) Với: Ac diện tích phần lõi; Afc,eff diện tích lớp vỏ bê tơng hạt mịn; As fy diện tích cường độ cốt thép dọc; fc f fcm cường độ chịu nén danh định bê tông lõi bê tông hạt mịn Nu2 tính tốn sau: Nu = Ac fcc (3) Trong đó, f cc cường độ bê tơng kiềm chế nở ngang xác định sau: f cc = + 0, 27 lu + 5,55 lu − 3,51 lu f c0 f c0 f c0 f c0 (4) Hình 10 Cấu tạo mặt cắt Trong đó, f cc fc0 cường độ bê tông kiềm chế nở ngang cường độ bê tông không kiềm chế nở ngang; lu ứng suất kiềm chế nở ngang cốt lưới dệt tạo 495 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 486-499 Giá trị xác định theo công thức: lu = ke (b + d ) a f neff f fu bd Ở đây, ke hệ số có hiệu, xác định sau: ke = − bn2 + d n2 Ac (5) (6) a f diện tích lớp cốt lưới dệt tính với m chiều cao cột tăng cường; neff số lớp lưới có hiệu (khơng tính lớp chồng lên đầu lớp tăng cường); f fu cường độ chịu kéo tính tốn cốt lưới dệt; b d chiều dài cạnh mặt cắt; bn d n dn chiều dài cạnh sau làm trịn góc, mơ tả Hình 10 Điều kiện để áp dụng công thức (5) lu fcc 0,8 3.2 Sức kháng nén cấu kiện sau tăng cường – xác định theo tiêu chuẩn ACI 549.4-13 Theo tiêu chuẩn Mỹ ACI 549.4-13 [7], cường độ chịu nén bê tông tăng cường bê tông cốt lưới dệt: fcc = fc + 3,1 a fl (7) Trong đó, a hệ số hình dạng, xác định theo công thức (12); fl ứng suất kiềm chế nở ngang, xác định sau: Với mặt cắt hình trịn: fl = ( 2nAf E f fe ) D (8) Với mặt cắt hình chữ nhật: fl = ( 2nAf E f fe ) ( b + h ) 0,5 (9) Với D đường kính mặt cắt hình trịn; b, h chiều dài cạnh ngắn cạnh dài mặt cắt chữ nhật, n số lớp lưới dệt, Af diện tích lớp lưới tính với đơn vị chiều dài, Ef mô đun đàn hồi fe biến dạng có hiệu cốt lưới dệt Biến dạng có hiệu cốt lưới dệt xác định sau: fe = fd 0, 012 (10) Biến dạng nén cực hạn bê tông tăng cường bê tông cốt lưới dệt ccu 0,45 fl fe = c 1,5 + 12 b 0,01 f c c Ở đây, b hệ số hình dạng, xác định theo cơng thức (13) Các hệ số hình dạng xác định sau 496 (11) Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 71, Số 05 (06/2020), 486-499 A b a = e Ac h A h b = e Ac b (12) (13) Với mặt cắt hình chữ nhật, a = b = Tỷ số diện tích mặt cắt có hiệu Ae diện tích mặt cắt bê tông Ac xác định: Ae = Ac b 2 h h ( h − 2rc ) + b ( b − 2rc ) − 1− g Ag − g (14) Trong đó, Ag diện tích mặt cắt nguyên, g hàm lượng cốt thép dọc tính diện tích mặt cắt ngun, rc bán kính cung trịn vê góc Sức kháng nén tâm cấu kiện sau tăng cường: Pn = Ac f cc + As f y (15) Sức kháng nén tính tốn cấu kiện tăng cường không vượt 20% sức kháng cấu kiện trước tăng cường 3.3 Tính tốn so sánh Phần trình bày kết tính tốn theo hai phương pháp so sánh với kết thí nghiệm nêu Mục 2.2 Đối tượng tính tốn cấu kiện cột sử dụng thí nghiệm: Kích thước mặt cắt b = d = 200 mm; Bán kính cung trịn góc 30 mm; Cường độ bê tơng lõi fc = 40MPa ; Cường độ chịu kéo tính tốn cốt lưới dệt f fu = 2500 MPa ; Mô đun đàn hồi cốt lưới dệt E f = 200000 MPa ; Diện tích quy đổi cốt lưới dệt: a f = 0,14 mm / mm Bảng Tính tốn theo phương pháp Zulassung Z-31.10-182 Hệ số ke Ứng suất kiềm chế nở ngang cốt lưới dệt tạo sử dụng lớp cốt lưới dệt Cường độ bê tông kiềm chế nở ngang sử dụng lớp cốt lưới dệt bn2 + d n2 1602 + 1602 ke = − = 1− = 0, 65 Ag ( 200 200 ) lu = ke (b + d ) a f neff f fu bd 200 + 200 = 0, 65 0,14 1 2500 = 2, 27 MPa 200 200 lu lu lu f cc = f c0 1 + 0, 27 + 5,55 − 3,51 f c0 f c0 f c0 = 41,3MPa 497 Transport and Communications Science Journal, Vol 71, Issue 05 (06/2020), 486-499 Khả chịu nén bê tông lõi kiềm chế nở ngang sử dụng lớp cốt lưới dệt Ncc = fcc Ac = 41,3 37174 = 1535360 N = 1535,3kN Khả chịu nén cốt thép dọc N s = As f y = 452 422 = 190744 N = 190, kN Khả chịu nén mặt cắt sử dụng lớp cốt lưới dệt N = Ncc + Ns = 1726,1kN Tương tự, khả chịu nén mặt cắt sử dụng lớp cốt lưới dệt: fcc = 43,8MPa, N = 1822kN Bảng Tính tốn theo phương pháp ACI 549 Tỷ số diện tích mặt cắt có hiệu diện tích mặt cắt bê tơng Ae Ac = 0,67 Hệ số hình dạng a = 0,67 Ứng suất kiềm chế nở ngang sử dụng lớp cốt lưới dệt Cường độ bê tông lõi kiềm chế sử dụng lớp cốt lưới dệt Sức kháng nén bê tông lõi kiềm chế nở ngang sử dụng lớp cốt lưới dệt fl = 2, 4MPa fcc = 45MPa Ncc = 0,85 fcc Ac = 1600kN Sức kháng nén mặt cắt sử dụng lớp cốt lưới dệt N = Ncc + Ns = 1791kN Sức kháng nén mặt cắt sử dụng lớp cốt lưới dệt N = Ncc + Ns = 1947 kN Có thể thấy rằng, kết tính tốn theo hai dẫn Đức Mỹ cho kết giống nhau, chênh không 7% với trường hợp tăng cường lớp cốt lưới dệt, thiên an toàn (Bảng 5) Bảng Tổng hợp kết tính tốn Dạng cấu kiện Cấu kiện không tăng cường Cấu kiện tăng cường lớp cốt lưới dệt Cấu kiện tăng cường lớp cốt lưới dệt Thí nghiệm (kN) Sức kháng danh định tính theo Zulassung Z-31.10-182 So với thí (kN) nghiệm (%) Sức kháng danh định tính theo ACI 549 So với thí (kN) nghiệm (%) 1720 2267,75 1726 76 1791 79 2493,76 1822 73 1947 78 KẾT LUẬN Bài báo trình bày số kết thí nghiệm đánh giá việc tăng cường khả chịu nén cho cột BTCT lớp vỏ bọc TRC, sử dụng bê tơng cát biển kết hợp với lưới sợi bon Với kết cấu vật liệu thí nghiệm, số kết luận rút sau: Khả chịu nén tâm cột tăng cường lớp lưới sợi bon tăng lên 31,82% 44,96 % so với cột đối chứng Hiệu tăng cường đạt 498 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 71, Số 05 (06/2020), 486-499 nhờ mở rộng mặt cắt cột (của phần bê tông cát biển) hiệu kiềm chế nở ngang lưới sợi dệt bê tông lõi cột Nhờ việc cấu tạo đầy đủ chiều dài neo nối chồng, dính bám lưới sợi với bê tông hạt mịn đủ tốt, tượng “tách vỏ” khơng xảy Mặc dù góc mặt cắt bê tơng lõi làm trịn trước tăng cường cốt sợi dệt bị đứt vị trí Điều cho thấy, góc, cốt sợi bị giảm cường độ nhiều trạng thái chịu lực phức tạp Do đó, cần phải có nghiên cứu sâu để xác định cường độ cốt lưới dệt khu vực nhằm phục vụ cho công tác thiết kế Kết tính tốn theo hai dẫn Đức Mỹ cho kết giống nhau, chênh lệch không 7% với trường hợp tăng cường lớp cốt lưới dệt, thiên an toàn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] W Brameshuber, Textile Reinforced Concrete State-of-the Art Report of RILEM Technical Comittee 201-TRC, 1st ed Bagneux, vol 36: RILEM Publications S.A.R.L., 2006 [2] Zulassung Z-31.10-182, Gegenstand: Verfahren zur Verstärkung von Stahlbeton mit TUDALIT (Textilbewehrter Beton), Prüfstelle: DIBt, Antragsteller: TUDAG TU Dresden Aktiengesellschaft, 2015 [3] E Lorenz, End anchorage and overlapping of textile reinforcements in concrete, Proceedings of the 9th fib International PhD Symposium in Civil Engineering, pp 685-690, 2012 [4] R Ortlepp, A Lorenz, M Curbach, Column strengthening with TRC: influences of the column geometry onto the confinement effect, Advances in Materials Science and Engineering, 29(5), 2009 https://doi.org/10.1155/2009/493097 [5] R Ortlepp and M Curbach, Verstärken von Stahlbetonstützen mit textilbewehrtem Beton, Betonund Stahlbetonbau, 104(10), 681–689, 2009 (German) https://doi.org/10.1002/best.200900034 [6] T.C Triantafillou, C.G Papanicolaou, P Zissimopoulos, and T Laourdekis, Concrete confinement with textile-reinforced mortar jackets, ACI Structural Journal, 103(1), 28–37, 2006 [7] ACI Committee, ACI 549.4R-13: Guide to Design and Construction of Externally Bonded Fabric-Reinforced Cementitious Matrix (FRCM) Systems for Repair and Strengthening Concrete and Masonry Structures, American Concrete Institute, 2013 [8] Ngô Đăng Quang, Nghiên cứu ứng dụng bê tông cốt lưới dệt tăng cường kết cấu bê tông cốt thép vùng biển hải đảo, Báo cáo tổng kết Đề tài NCKH cấp Bộ Giáo dục đào tạo, Mã số B2018-GHA-16, 2019 [9] Nguyễn Huy Cường, Ngô Đăng Quang, Lê Minh Cường, Vũ Văn Hiệp, Phân tích thực nghiệm đánh giá ứng xử chịu cắt dầm bê tông cốt thép tăng cường bê tông cốt lưới dệt sợi bon, Tạp chí Khoa học GTVT, 56(2017), 20-25 [10] Nguyễn Xuân Huy, Lê Minh Cường, Nguyễn Thị Nhung, Phân tích phá hoại chọc thủng bê tông cốt thép gia cường bê tông cốt lưới dệt, Tạp chí Khoa Học Giao Thơng Vận Tải, 69 (04/2019), 41-47 [11] Vũ Văn Hiệp, Ngô Đăng Quang, Nguyễn Huy Cường, Giải pháp sửa chữa, tăng cường sàn panel lắp ghép bê tông cốt lưới dệt, Tạp Chí Xây dựng, 8(2018), 101-104 499 ... Giao thơng vận tải NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ TÍNH TỐN CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP CHỊU NÉN ĐÚNG TÂM ĐƯỢC TĂNG CƯỜNG BẰNG BÊ TƠNG CỐT LƯỚI DỆT CÁC BON Ngơ Đăng Quang1, Nguyễn Huy Cường1 *, Nguyễn Duy... gần đây, bê tông cốt lưới dệt dần trở thành loại vật liệu phổ biến để tăng cường cho kết cấu bê tông Nghiên cứu thực nhằm đánh giá hiệu việc sử dụng bê tông cốt lưới dệt bon để bọc tăng cường cho... nghiên cứu thực nghiệm tăng cường cột BTCT “lớp áo” TRC cho rằng, hiệu tăng cường khả chịu nén tính dẻo kết cấu phụ thuộc vào hàm lượng cốt lưới dệt (số lớp lưới sợi), cường độ chịu kéo bê tông