Phân tích hiện tượng hư hỏng mố, trụ cầu và để xuất giải pháp gia cường kết cấu trụ cầu bằng tấm sợi composite tại tỉnh Trà Vinh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN PHÚ THỌ PHÂN TÍCH HIỆN TƯỢNG HƯ HỎNG MỐ, TRỤ CẦU VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU TRỤ CẦU BẰNG TẤM SỢI COMPOSITE TẠI TỈNH TRÀ VINH Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng Trình Giao Thơng Mã số: 85.80.205 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH GIAO THƠNG Đà Nẵng – Năm 2019 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Hoàng Phương Hoa Phản biện 1: TS Đặng Việt Dũng Phản biện 2: TS Hoàng Trọng Lâm Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng Cơng Trình Giao Thơng họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày … tháng … năm 2019 Có thể tìm hiểu luận văn tại: − Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa − Thư viện Khoa , Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN PHẦN MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI - Hiện theo thống kê cho thấy có tới hàng trăm cầu, kết cấu bê tông cốt thép cũ cần sửa chữa làm Đã có nhiều biện pháp sửa chữa, tăng cường khả chịu lực cho kết cấu Một công nghệ áp dụng gia cường kết cấu composite - Nhằm ứng dụng rộng rãi công nghệ Việt Nam, việc tính tốn để gia cường composite nghiên cứu nhiều.Tuy nhiên việc nghiên cứu thực nghiệm đưa kết xác, gắn liền với thực tiễn lại chưa quan tâm thực - Việc nghiên cứu tính tốn để gia cường composite theo phương pháp thông thường phức tạp nhiều thời gian Nhằm ứng dụng rộng rãi công nghệ Việt Nam, việc nghiên cứu thực nghiệm đưa kết xác, gắn liền với thực tiễn cần thiết Đề tài “Phân Tích Hiện Tượng Hư Hỏng Mố, Trụ Cầu Và Để Xuất Giải Pháp Gia Cường Kết Cấu Trụ Cầu Bằng Tấm Sợi Composite Tại Tỉnh Trà Vinh” thực luận văn MỤC TİÊU NGHİÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀİ - Nghiên cứu tượng xuống cấp, hư hỏng kết cấu bê tông cốt thép - Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến khả chịu lực kết cấu bê tông cốt thép gia cường composite ứng dụng cho cơng trình giao thơng thủy lợi Đề xuất sở cho việc xây dựng qui trình phương pháp tính tốn thiết kế gia cường kết cấu bê tông cốt thép Composite - Nghiên cứu đặc trưng học vật liêu cường độ cao sợi Composite - Đánh giá công nghệ dán sợi Composite sửa chữa tăng cường kết cấu bê tông cốt thép (trụ cầu) khả áp dụng công nghệ nước ta ĐỐİ TƯỢNG VÀ PHẠM Vİ NGHİÊN CỨU - Đối tương nghiên cứu: Các sở lý thuyết, mơ hình tính tốn lý thuyết tăng cường cho kết cấu bê tông cốt thép công nghệ dán sợi Composite - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu sử dụng công nghệ dán sợi Composite để tăng cường khả chịu lực cho kết cấu bê tông cốt thép PHƯƠNG PHÁP NGHİÊN CỨU - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, việc tính tốn dựa mơ hình lý thuyết - Tính tốn hiệu tăng cường thơng qua lý thuyết tính tốn CẤU TRÚC LUẬN VĂN - Phần mở đầu - Chương 1: Tổng quan bê tông cốt thép vật liệu sợi Composite, phương pháp gia cường công nghệ thi công dán sợi Composite - Chương 2: Cơ sở lý thuyết, tính tốn gia cường kết cấu bê tơng cốt thép sợi Composite - Chương 3: Tính tốn gia cường kết cấu trụ cầu cồn tàu đường tỉnh lộ TL.913, huyện duyên hảı, tỉnh Trà vinh - Cuối kết luận kiến nghị đề tài CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ VẬT LIỆU SỢI COMPOSITE, CÁC PHƯƠNG PHÁP GİA CƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG DÁN TẤM SỢI COMPOSITE 1.1 BÊTƠNG 1.1.1 Vật liệu cấu thành bê tơng Bê tông loại đá nhân tạo, chế tạo từ loại vật liệu rời, chất kết dính phụ gia có + Cốt liệu rời (cát, sỏi, đá dăm…): - Cát – cốt liệu liệu bé : Có kích thước (1-:- 5)mm - Sỏi, đá dăm – cốt liệu lớn : Có kích thước (5 -:- 40)mm + Chất kết dính: Chất kết dính thơng thường vữa xi măng 1.1.2 Tính chất bê tơng - Bêtơng vật liệu cường độ chịu nén cao, phát triển cường độ nén nhanh Chất lượng bêtông hợp lý đạt cường độ lớn 40 MPa Bê tơng có khả chịu nén tốt Nhưng có khả chịu kéo lại (kém từ - 15 lần so với khả chịu nén) 1.2 Q TRÌNH XUỐNG CẤP VÀ HƯ HỎNG CỦA BÊ TƠNG CỐT THÉP 1.2.1 Các q trình xuống cấp Có nhiều trình làm giảm chất lượng khai thác cơng trình bêtơng cốt thép, bao gồm q trình xuống cấp vật liệu bêtơng q trình ăn mòn cốt thép 1.2.2 Ăn mòn sun phát 1.2.3 Phản ứng kiềm-silica 1.2.4 Các dạng phá hoại khác 1.3 NGUYÊN NHÂN DẪN ĐẾN HƯ HỎNG TRONG KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP 1.3.1 Bê tơng bị rỗ 1.3.2 Bê tông bị rỗng 1.3.3 Bê tông bị nứt nẻ a) Vết nứt co ngót b) Vết nứt nghiêng c) Vết nứt dọc d) Vết nứt ngang mặt cầu 1.3.4 Bê tông bị vỡ lở 1.3.5 Bê tơng q khơ 1.3.6 Suy thối bê tơng 1.3.7 Sự làm việc mỏi bê tông cốt thép thường a) Bêtông chịu lực mỏi b) Cốt thép chịu lực mỏi c) Bê tông cốt thép thường chịu lực mỏi 1.4 SƠ LƯỢC VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE (FIBER REINFORCED POLYMER - FRP) VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN - Vật liệu Composite dạng vật liệu chế tạo từ vật liệu sợi, có ba loại vật liệu sợi thường sử dụng là: + Sợi Carbon + Sợi thủy tinh + Sợi Aramid 1.5 CẤU TRÚC VÀ CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU SỢI COMPOSITE (FIBER REINFORCED POLYMER - FRP) 1.5.1 Cấu trúc vật liệu sợi Composite ❖ Cốt sợi a) Sợi Carbon (CFRP) b) Sợi aramid (AFRP) c) Sợi thủy tinh (GFRP) ❖ Chất dẻo + Polyester + Vinylester + Epoxy 1.5.2 Các đặc trưng học vật liệu Composite a) Mô đun đàn hồi b) Cường độ 1.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU MỐ, TRỤ CẦU, MÓNG CỌC 1.6.1 Tổng quan dạng hư hỏng mố, trụ cầu 1.6.2 Sửa chữa hư hỏng kết cấu mố, trụ cầu 1.6.3 Tăng cường khả chịu lực mố cầu 1.6.4 Tăng cường khả chịu lực trụ cầu a) Tăng cường khả chịu lực thân trụ b) Tăng cường khả chịu lực xà mũ trụ 1.7 ĐÁNH GIÁ VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU 1.8 CÔNG NGHỆ DÁN TẤM VẬT LIỆU SỢI COMPOSITE Q trình thi cơng gia cường kết cấu tiến hành theo bước sau: Bước 1: Công tác chuẩn bị bề mặt Bước 2: Quét keo lên bề mặt kết cấu Bước 3: Tẩm keo lên sợi Composite Bước 4: Dán sợi lên kết cấu Bước 5: Hoàn thiện bề mặt 1.9 THIẾT BỊ THI CÔNG 1.9.1 Thiết bị doa mài bo trịn góc cạnh bêtơng 1.9.2 Thiết bị sửa, đục bỏ cắt bề mặt bêtông chất lượng, sứt vỡ 1.9.3 Thiết bị bơm keo Epoxy chám vá vết nứt (áp lực tối thiểu bar) 1.9.4 Thiết bị làm bề mặt thủy lực 1.9.5 Thiết bị thổi bụi khô cầm tay 1.9.6 Thiết bị tẩm keo dán sợi Composite 1.9.7 Bảo hộ lao động bao gồm 1.10 KẾT LUẬN CHƯƠNG - Trong chương nghiên cứu cấu trúc vật liệu bê tơng, q trình xuống cấp bê tơng, phương pháp đánh giá kiểm định chất lượng bê tông , nêu nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu bê tông, đề xuất các phương pháp gia cường kết cấu bê tơng cốt thép Gia cường kết cấu bê tông cốt thép sợi Composite công nghệ Việt Nam - Trong đó, đặc biệt vật liệu CFRP (sợi Carbon) vượt trội GFRP (sợi Thủy tinh) AFRP (sợi Aramid) hầu hết tiêu, ngoại trừ giá thành vật liệu Vì vậy, việc nghiên cứu ứng dụng vật liệu CFRP vào ngành xây dựng điều kiện cụ thể nước ta việc cần thiết CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT, TÍNH TỐN GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP BẰNG TẤM SỢI COMPOSITE 2.1 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 2.1.1 Khoảng cách dải vật liệ u FRP tăng cường chịu cắt 2.1.2 Gia cường sức kháng cắt kết cấu cột, trụ bê tông cốt thép vật liệu Composite vs + v f  0, 66 f 'c bw d (2.1) 2.1.3 Gia cường khả chịu lực dọc trục dọc trục k ế t hợp với sức kháng uốn kết cấu cột, trụ bê tông cốt thép vật liệu Composite 2.1.4 Gia cường kết cấu cột, trụ bê tông cốt thép chịu nén dọc trục túy vật liệu Composite - Với bê tông cốt thép thường sử dụng cót đai xoắn: ( ) ⱷ pn = 0,85 0,85 f 'cc Ag − Ast + f y Ast  (2.2) - Với bê tông cốt thép thường sử dụng cốt đai thường: ( ) ⱷ pn = 0,80 0,85 f 'cc Ag − Ast + f y Ast  Hình 2.3 Mơ hình tính tốn tăng - Một vài mơ hình mơ trạng thái đường ứng suất – biến dạng lớp bọc Composite mặt cắt nén tính tốn sử dụng cơng thức đây: E − E2 ) Ec 𝜀𝑐 − ( c  c2   c   't f 'c fc = { f 'c + E2 c f 'cc − f 'c E2 = 𝜀′𝑡 = 𝜀 ε′ ≤ 𝜀𝑐 ≤ 𝜀𝑐𝑐𝑢 (2.5) 𝑐𝑐𝑢 f 'c Ec − E2 (2.6) f 'cc = f 'c = 𝛹𝑓 3.3ka f l fl = (2.4) Er nt f 𝐷 𝜀𝑓𝑒 (2.7) (2.8) 𝜀𝑓𝑒 = 𝑘 𝜀 𝜀𝑓𝑢 𝜀𝑐𝑐𝑢 = 𝜀′ (2.9) 0,45  f l   fe  𝑐  1, 50 + 12 Kb    f 'c   'c     (2.10)    ccu  0, 01 2.1.5 Gia cường kết cấu cột, trụ bê tông cốt thép chịu nén với tiết diện hình trịn vật liệu Composite 2.1.6 Gia cường kết cấu cột, trụ bê tông cốt thép chịu nén với tiết diện khác vật liệu Composite - Với mặt cắt khác dạng đường có đường kính D đường kính chéo mặt cắt chữ nhật: D = b2 + h2 (2.11) 10 2.2 LÝ THUYẾT TÍNH TỐN GIA CƯỜNG KẾT CẤU CỘT, TRỤ BTCT BẰNG TẤM VẬT LIỆU COMPOSITE 2.2.1 Vật liệu bê tông cốt thép - Cường độ chịu kéo bê tông: f rc = 0.6  đó: fc' (2.16) λ hệ số điều chỉnh mật độ bê tơng (bình thường λ lấy 1) 2.2.2 Xây dựng đường cong quan hệ tương tác P-M Để đơn giản hóa, đường cong tương tác P-M đường gãy khúc qua điểm A,B,C   Pn ( B.C ) =   A (Yt ) + B (Yt ) + C (Yt ) + D ) +  Asi f si  (2.17)     M n ( B.C ) =   E (Yt ) + F (Yt ) + G (Yt ) + H (Yt ) + I ) +  Asi f si di  (2.18)   Trong đó: A= −b( Ec − E2 )   ccu    12 f 'c  c  B= b( Ec − E2 )   ccu     c  C = −bf 'c D = bcf 'c + E= (2.19) (2.20) (2.21) bcE2 (  ccu ) −b( Ec − E2 )   ccu    16 f 'c  c  (2.22) (2.23) b ( Ec − E2 )   ccu  (2.24) h  ( Ec − E2 )   ccu   F = bc −    +   12 f ' c      c  c 2 b h  ( Ec − E2 )   ccu    G =  f 'c + b  c −  −  2   c   (2.25) 11 h  H = bf 'c  c −  2  I= bc f 'c − bcf h (2.26) bcE h  bc E2 h  'c  c −  + ( ccu ) −  c −  ( ccu ) (2.27) 2 3  2  Chiều cao vùng bê tông chịu nén c yt xác định theo cơng thức c=d Tính cho điểm B (2.28) c=d  ccu  sy +  ccu y1 = c  't  ccu Tính cho điểm C (2.29) Trong đó: f si - ứng suất lớp cốt thép ứng với sơ đồ tính tốn cho điểm B hay điểm C xác định dựa biến dạng lớp cốt thép theo tam giác đồng dạng 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG - Mơ hình tính tốn giới thiệu cách tổng quan phương pháp xác định áp lực tác dụng lên sợi Composite dán bao quanh tăng cường cột cơng trình nhà, trụ cơng trình cầu Thỏa mãn vấn đề mang tính thời cần tìm giải pháp tính tốn gia cường dạng kết cấu vật liệu sử dụng cho công tác cải tạo sửa chữa kết cấu dạng cột, trụ - Với mơ hình tính toán đề ra, vấn đề trở nên đơn giản hồn tồn kiểm sốt cấu tạo số lượng dùng vật liệu Composite dán bao quanh nhằm khôi phục, gia cường sức chịu tải kết cấu cột, trụ công trình xây dựng Bằng cách áp dụng tiêu chuẩn phá hủy vật liệu composite kiểm tra cơng tác gia cường có đảm bảo hay không hiệu tăng cường phần trăm cách dễ dàng 12 CHƯƠNG TÍNH TỐN GIA CƯỜNG KẾT CẤU TRỤ CẦU CỒN TÀU ĐƯỜNG TỈNH LỘ TL.913, HUYỆN DUYÊN HẢI, TỈNH TRÀ VINH 3.1 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ KIỂM ĐỊNH, THỬ TẢI VÀ ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC CHỊU TẢI CỦA TRỤ CẦU 3.1.1 Vị trí xây dựng Cầu Cồn Tàu nằm tuyến đường TL.913 lý trình Km14+520 3.1.2 Quy mơ cơng trình Sơ đồ kết cấu nhịp: nhịp giản đơn 3*24,5m Bề rộng toàn cầu: B = 6,m + 2*0,5m = 7m Kết cấu nhịp: Dầm BTCT DƯL căng trước, mặt cắt ngang gồm dầm Mố cầu: Kết cấu mố dạng chữ U BTCT Trụ cầu: Kết cấu BTCT dạng ống nhòm Lan can, tay vịn: Kết cấu BTCT Hoạt tải thiết kế: H18 Tải trọng cắm biển: 18 3.1.3 Đánh giá sơ trạng mố trụ cầu Do tổng hợp co ngót theo thời gian, kết hợp tác động thay đổi nhiệt độ, độ ẩm mơi trường tính từ biến bê tông tác động tải trọng thường xuyên trình khai thác sử dụng làm tăng thêm độ mở rộng vết nứt Hầu hết vết nứt sâu đến lớp cốt đai trụ cầu 3.1.5 Xác định cường độ bê tông cốt thép - Dựa vào tiêu chuẩn TCXDVN 239-2006, TCVN 9335:2012; 9357:2012 9334:2012, kết cường độ bê tông kết cấu 13 BTCT mố trụ cầu súng bật nẩy kết hợp với siêu âm cho thấy cường độ bê tông mố trụ cầu lớn yêu cầu tối thiểu (16Mpa) 3.1.6 Xác định chiều dày lớp bê tơng bảo vệ kích thươc cốt thép chịu lực Kết cho thấy chiều dày lớp bê tông bảo vệ kết cấu mố trụ cầu nằm phạm vi 30 - 50mm theo tiêu chuẩn 22TCN 18-79 3.1.7 Thử tải động kết cấu mố trụ Kết cho thấy chu kỳ dao động mố trụ nhỏ 0,35s biên độ dao động lớn nhỏ so với 0,7mm Do vậy, kết cấu mố M1 trụ T1 tình trạng kỹ thuật tốt 3.1.8 Kết luận kiến nghị Sau tính tốn phân tích, tư vấn kiểm định kết luận, trụ T1 cầu Cồn Tàu đảm bảo khả khai thác vận hành an toàn đoàn xe H18 Tuy nhiên, để tránh ảnh hưởng lâu dài tới cốt thép khả chịu lực trụ, cần phải xử lý triệt để vết nứt xuất trụ T1 3.2 TÍNH TỐN GIA CƯỜNG TRỤ T1 BẰNG TẤM SỢI CARBON - Phương pháp gia cường thể (Hình 3.5) sử dụng lớp Composite cốt sợi carbon có chiều dày 0,33mm Tấm Composite dán bao phủ xung quanh lên bề mặt thân trụ Hình 3.5 Sơ đồ tính tốn gia cường 14 - Thông số kỹ thuật vật liệu CFRP: + Cường độ chịu nén bêtông trụ T1: f c' = 30Mpa + Trọng lượng sợi Carbon: 600g/m2 + Bề dày sợi Carbon: tf = 0,33mm + Cường độ chịu kéo sợi Carbon: f f  = 3792 Mpa + Biến dạng sợi Carbon:  f  = 0, 0167 mm / mm + Mô đun đàn hồi sợi Carbon: E f  = 227527 Mpa + λ hệ số điều chỉnh mật độ bê tơng (bình thường λ lấy 1) ❖ Tăng cường khả chịu lực dọc trục kết cấu trụ bê tông Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật trụ cần tăng cường f’c D fy rc Cốt thép chịu lực Ag Ast ρg% 30 MPa 900mm 400 MPa 25 mm 16Ø25 6358 cm2 78 cm2 2,65 p chưa tăng cường φ pn(red) yêu cầu tăng cường 9713 kN 2429 kN φ n - Bước 1: Tính tốn đặc tính vật liệu Composite Đặc tính vật liệu Composite đưa vào thiết kế xem xét triết giảm với hệ số môi trường 15 Cε = 0,95 ffu = CE f* fu = (0,95)(3792MPa) = 3603 Mpa 𝜀fu = CE 𝜀* fu = (0,95)(0,0167) = 0,0159 mm/mm - Bước 2: Tính tốn cường độ chịu nén kìm chế lớn bê tơng f’cc фPn.req ( − fy Ast ) ( ) 0,85 A g−A st 0.8ф f’cc = = 0,85 ×( 0,6358 −0,0078) × 14 − 400  0, 0078 = 44,6 Mpa 0,8  0, 65 - Bước 3: Tính toán giới hạn ứng suất kéo lớn vật liệu Composite, f1 f1 = f′cc − f′c = 3,3ka 56,4−30 3,3 ×0,425 = 10,4 Mpa Trong đó: 𝑘𝑎 = Ae = Ac = 𝐴𝑒 𝑏 ( ) = 0,222 (1) = 0,222 𝐴𝐶 ℎ 1− [(b)( h −2rc) 2+(h)( b−2rc) 2] h b 3A g − ρg − ρg 1− [2×( 1)(900−2×25) 2] 3×635800 − 0,0265 − 0,02655 = 0,222 - Bước 4: Tính tốn số lượng lớp n tính lại theo công thức n= 𝑓 √ 2 𝑏 +ℎ ф f 2Ef tf ε fe = 10,4√( 900) 2+( 900) 0,95 ×2×227527×0,33×( 8,8×10−3) n = 10,5 ≈ 11 εfe = k ε εfu = 0,55 x 0,0159 = 8,8 x 10-3 Kiểm tra lại hệ số: f1 10,4 = = 0,233 > 0,08 ′ fcc 44,6 16 - Bước 5: Kiểm toán lại biến dạng dọc trục tới hạn bê tông εecu ≤ 0,01 f1 εfe 0,45 εecu = ε′ (1,5 + 12k b ′ ( ′ ) ) f c εc 10,4 8,8 × 10−3 ( ) = (0,002) (1,5 + 12 × 0,222 × 44,6 0,002 0,45 ) = 0,0054 mm/mm < 0,01 Trong đó: Ae h 0,5 k b = ( ) = 0,222(1) = 0,222 Ac b ′ tính tốn lại từ Nếu trường hợp mà εecu > 0,01 lúc f cc mơ hình ứng suất – biến dạng ❖ Tăng cường khả chịu nén uốn đồng thời cho cột bê tông sợi Carbon Xét trụ T1 cần tăng thêm khả chịu lực lên khoảng 30% với độ lệch tâm không đổi - Bước 1- Tính tốn đường cong điểm A, B, C cho trụ chưa tăng cường (n = lớp) Vị trí điểm A, B C tính tốn cơng thức ′ = f ′; E = ε với:  f = 1; f cc c ccu = ε cu = 0,003  Ta kết tính tốn:  Pn (A) = 9713kN ;  M n (A) = 0kN m  Pn (B) = 8705kN ;  M n (B) = 813kN m  Pn (C) = 5165kN ;  M n (C) = 1183kN m - Bước 2: Tính tốn đường cong quan hệ điểm A, B, C cho cột tăng cường 17 Hệ thống vật liệu bọc gồm 11 lớp Ta xây dựng đường cong A-B-C song tuyến tính sau so sánh với vị trí P u Mu yêu cầu Vị trí A, B, C đường cong tính theo cơng thức:  pn (A) =  0,8 0,85 f 'cc ( Ag − Ast ) + f y Ast   pn (B,C) =   A(yt )3 + B(yt ) + C (yt ) + D+  Asi f si   M n (B,C) =   E(yt ) + F (yt )3 + G(yt ) + H (yt ) + I  +  A si f si di Hệ số A, B, C, D, E, F, G, H, I tính tốn cơng thức: A= −b( Ec − E2 )  ccu ( ) 12 f c' c B= b( Ec − E2 )  ccu ( ) c C = b  f c' D = b  f c' + E= bcE2 ( ccu ) −b( Ec − E2 )  ccu ( ) 16 f c' c F = b (c − h ( Ec − E2 )  ccu b( Ec − E2 )  ccu ) ( ) + ( ) 12 f c' c c b ' h ( E − E2 )  ccu f c + b(c − ) c ( )) 2 c h H = b  f c' (c− ) G = −( I= b  c  E2 b  c  E2 b  c2 ' h h f c − b  c  f c' (c − ) + ( ccu ) − (c − )( ccu ) 2 2 Thông số mơ hình ứng suất – biến dạng: 18 yt = c  t'  ccu c=d Với vị trí điểm B  ccu c=d  sy +  ccu Với vị trí điểm C f c' Ec − E2  t' = E2 = f cc' − f c'  ccu f cc' = f c' + 3,3ka  f l  ccu =  c' (1, + 12kb f l  fe 0,45 ( ) ) f c'  c'  f = min(0, 004  k  fu ) e ka = Ae b ( ) Ac h kb = Ae h 0,5 ( ) Ac b fl =  f  E f  n  t f   fe b2 + h2  Ta kết tính tốn: ❖ Điểm A: Sức chịu tải dọc trục danh định:  Pn (A) = 0,8  0,65 0,85  37900 ( 0,6358 − 0,0078 ) + 400000  0,0078 = 12142kN Với: f cc' = 30 + 3,3  0, 222 10,8 = 37,9 Mpa fl = 0,95   227527 11 0,33  (0,55  0, 0159) 9002 + 9002 = 10,8Mpa 19 ❖ Điểm B: Sức chịu tải dọc trục danh định:  −4,9 10−5 (371)3 + 8,9110 −3 (371) − 27(371) +   1291 + 3277(414) + 1639(414) + 1639(257)   pn (B) = 0, 65  = 10882kN Trong đó: A= −900  (31, 685 − 858) 0, 0042 ( ) = −4,  10 −5 kN / mm 12  30 780 B= 900  (31, 685 − 858) 0, 0042 ( ) = 8, 91 10 −3 kN / mm 2 780 C = −900  30 = −27kN / mm D = 900  30 + 900  780  858  0, 0042 = 1291kN Để tính tốn hệ số, cần thiết phải tính thơng số từ biểu đồ ứng suất – biến dạng: yt = 780  0, 002 = 371 0, 0042 c = 780mm  t' = E2 =  30 = 0, 002 31685 − 858 f cc' − f c'  ccu = 33, − 30 = 858Mpa 0, 0042 f cc' = 30 + 3,3  0, 222  4,9 = 33, Mpa  ccu = 0, 002(1, + 12  0, 222  4, 0, 004 0,45 ( ) = 0, 0042 mm / mm 30 0, 002 ka = kb = 0, 222 fl = 0, 95   227527 11 0, 33  0, 004 Kiểm tra hệ số: 9002 + 9002 = 4, 9Mpa 20 fl 4,9 = = 0,16  0, 08 ' fc 30  Đạt yêu cầu Biến dạng lớp cốt thép tính tốn dựa vào tam giác đồng dạng Ứng suất tương ứng tính tốn sau: fs1 = εs1 Es = 0,0038 × 200000MPa → 414MPa fs2 = εs2 Es = 0,0026 × 200000MPa → 414MPa fs3 = εs3 Es = 0,0013 × 200000MPa = 257MPa fs4 = εs4 Es = × 200000MPa = 0Mpa Mô men uốn danh định:  M n (B) =   E(yt )4 + F (yt )3 + G(yt )2 + H (yt ) + I  +  A si f si di = 0,65  −3,7110−5 (371) + 49,82 10−3 (371) − 12,839(371) + 8910(371) + 550,178 +3277(414)(254) + 1639(414)(85) − 1639(257)(85) = 1016kN.m Trong đó: E= −900(31, 685 − 858) 0, 0042 ( ) = −3, 71 10 −5 kN / mm3 16  30 780 F = 900(780 − 450)  (31, 685 − 858) 0, 0042 900(31, 685 − 858) 0, 0042 ( ) + ( ) 12  30 780 780 = 49,82 x 10-3 kN/mm2 G = −( 900 900 (31, 685 − 858) 0, 0042  30 + 900(780 − ) ( )) 2 780 = -12,839 kN/mm H = 900  30(780 − 900 ) = 8910 kN 21 900  7802 900 900  780  858  30 − 900  780  30  (780 − )+  2 900  780  858 900 (0, 0042) −  (780 − )  (0, 0042) = 550,178 kN mm 2 I = Khoảng cách từ lớp thép gia cố đến trọng tâm hình học mặt cắt ngang là: d1 = 254mm d2 = d3 = 85mm ❖ Điểm C: Sức chịu tải dọc trục danh định:  −1,114 10−4 (247)3 + 20 10−3 (247) − 27(27) + 870, +   3277(414) + 1315(350) + 1315(−31,8) + 3277(−414)   pn (C) = 0, 65  = 6457kN Trong đó: A= −900  (31, 685 − 858) 0, 0042 ( ) = −1,114 10−4 kN / mm 12  30 520 B= 900  (31,685 − 858) 0,0042 ( ) = 20 10−3 kN / mm 2 520 C = −900  30 = −27kN / mm 900  520  858 D = 900  30 +  0, 0042 = 870, 2kN Để tính tốn hệ số, cần thiết phải tính thơng số từ biểu đồ ứng suất – biến dạng: yt = 520  c = 780  0, 002 = 247 mm 0, 0042 0, 0042 = 520mm 0, 0021 + 0, 0042 22 Biến dạng lớp thép tính tốn theo tam giác đồng dạng Ứng suất tương ứng là: fs1 = εs1 Es = 0,0037 × 200000MPa → 414MPa fs2 = εs2 Es = 0,0018 × 200000MPa = 350MPa fs3 = εs3 Es = −1,59 × 10−4 x 200000MPa = −31,8MPa fs4 = εs4 Es = −0,0021 × 200000MPa = −414MPa Mơ men uốn danh định:  M n (B) =   E(yt )4 + F (yt )3 + G (yt )2 + H (yt ) + I  +  A si f si di = 0,65  −8,35 10−5 (247) + 67 10−3 (247) − 13, 289(247) + 1890(247) + 815,05 +3277(414)(254) + 1639(−318)(85) − 3277(−414)(85) = 1479 kN.m Trong đó: E= −900(31, 685 − 858) 0, 0042 ( ) = −8,35  10−5 kN / mm3 16  30 520 F = 900(520 − 450)  (31,685 − 858) 0,0042 900(31,685 − 858) 0,0042 ( ) + ( ) 12  30 520 520 = 67 x 10-3 kN/mm2 G = −( 900 900 (31, 685 − 858) 0, 0042  30 + 900(520 − ) ( )) 2 520 = -13,289 kN/mm H = 900  30(520 − 900 ) = 1890 kN 900  5202 900 900  5202  858  30 − 900  520  30  (520 − )+  2 900  520  858 900 (0, 0042) −  (520 − )  (0, 0042) = 815, 05 kN mm 2 I= - Bước 3: So sánh vẽ biểu đồ quan hệ tương tác P-M: 23 Bảng3.6 Tổng hợp sức kháng danh định dọc trục uốn (không có gia cố) với vị trí A, B, C Vị trí hiển thị hình bên n=0 n = 11 lớp (không tăng cường) Điểm φPnKN φMnKN.m φPnKN φMnKN.m A 9713 12142 B 8705 813 10882 1016 C 5165 1183 6457 1479 C Hình 3.6 Biểu đồ quan hệ tương tác P-M 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong Chương trình bày sở lý thuyết tính tốn mơ hình phân tích tăng cường chịu nén lực uốn đồng thời sợi Composite cho cột bê tơng cốt thép Kết tính tốn Chương cho trụ cầu Cồn Tàu có tiết diện hình trịn, sử dụng 11 lớp sợi carbon , bề dày 0,33mm hiệu tăng cường chịu nén uốn đồng thời điểm A tăng 25%, điểm B tăng 22%, điểm C tăng 15% 24 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN - Việc nghiên cứu đề tài giúp thêm thông tin hữu ích vật liệu FRP, cơng thức tính toán kết cấu BTCT dán FRP theo tiêu chuẩn ACI Kết tính tốn sức lực dọc kết cấu: - Hiệu tăng cường chịu nén uốn đồng thời điểm A tăng 25%, điểm B tăng 22%, điểm C tăng 15% - Vì vậy, thấy sử dụng sợi Composite tăng cường cho kết cấu BTCT cải thiện đáng kể khả chịu lực cột KIẾN NGHỊ - Cần nghiên cứu thực nghiệm gia cường này, đánh giá độ tin cậy tuổi thọ vật liệu gia cường - Cần có tiêu chuẩn thi cơng nghiệm thu để vật liệu ứng dụng rộng rãi Việt Nam HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO - Trên sở nội dung luận văn, tác giả mong muốn tiếp tục số hướng nghiên cứu liên quan đến việc sử dụng vật liệu sợi Composite - Nghiên cứu vấn đề mỏi kết cấu gia cường, dự báo tuổi thọ cơng trình sau gia cường ứng với cấp tải trọng khác ... nghiệm đưa kết xác, gắn liền với thực tiễn cần thiết Đề tài ? ?Phân Tích Hiện Tượng Hư Hỏng Mố, Trụ Cầu Và Để Xuất Giải Pháp Gia Cường Kết Cấu Trụ Cầu Bằng Tấm Sợi Composite Tại Tỉnh Trà Vinh? ?? thực... b) Cường độ 1.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CƯỜNG KẾT CẤU MỐ, TRỤ CẦU, MÓNG CỌC 1.6.1 Tổng quan dạng hư hỏng mố, trụ cầu 1.6.2 Sửa chữa hư hỏng kết cấu mố, trụ cầu 1.6.3 Tăng cường khả chịu lực mố cầu. .. liệu sợi Composite, phương pháp gia cường công nghệ thi công dán sợi Composite - Chương 2: Cơ sở lý thuyết, tính tốn gia cường kết cấu bê tông cốt thép sợi Composite - Chương 3: Tính tốn gia cường