Tuy nhiên, một số hạn chế của FRP như giá thành cao, dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, bong tách lớp kết dính và không phù hợp với sự phát triển bền vững, đó là các lý do chính khiến[r]
(1)GIẢI PHÁP LAI GIA CƯỜNG BÊ TÔNG CỐT LƯỚI SỢI DỆT NHẰM NÂNG CAO KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP
TS LÊ NGUYÊN KHƯƠNG, ThS CAO MINH QUYỀN Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải
PGS TS NGUYỄN XUÂN HUY Đại học Giao thông Vận tải GS SI LARBI AMIR
Viện nghiên cứu LTDS-ENISE Pháp
Tóm tắt: Trong khoảng 30 năm qua, vật liệu composite Fiber-Reinforced Polymer (FRP) với đặc tính học tốt, dễ thi công, phát triển sử dụng nhiều việc sửa chữa gia cường kết cấu bê tông cốt thép Tuy nhiên, số hạn chế của FRP giá thành cao, dễ bị ảnh hưởng nhiệt độ, bong tách lớp kết dính khơng phù hợp với phát triển bền vững, lý khiến vật liệu FRP dần thay loại vật liệu thân thiện bê tông cốt lưới sợi dệt (Textile Reinforced Concrete - TRC) Mục tiêu nghiên cứu phân tích ứng xử đánh giá hiệu vật liệu TRC hai mức độ thí nghiệm vật liệu kết cấu Kết đạt chứng minh hiệu giải pháp lai gia cường vật liệu cốt lưới sợi dệt việc gia cường dầm bê tông cốt thép
Từ khóa: TRC, FRP, bê tông cốt thép, giải pháp lai gia cường
Abstract: Over the last thirty years, Fiber-Reinforced Polymer (FRP) composite material with their good mechanical performance as well as the easy implementation, which is developed and used for repairing and strengthening reinforced concrete structures However, FRP also have a number of limitations, for example their very high price, their incompatibility with sustainable development, this makes FRP material to be replaced by an environment friendly material, such as Textile Reinforced Concrete (TRC) The objectives of this study are to analyze the behavior and the effect of TRC-strengthened on material and structural design The results demonstrate the effectiveness of the TRC and hybrid strengthening method for RC beams
Keyword: TRC, FRP, reinforced concrete, hybrid strengthning solution
1 Giới thiệu
Trong nhiều thập kỷ vừa qua, với phát triển chung khoa học, nhiều loại vật liệu
được nghiên cứu chế tạo nhằm thỏa mãn yêu cầu sử dụng, chịu lực, độ bền hiệu
kinh tế có bê tông cốt lưới sợi dệt (Textile-Reinforced Concrete - TRC) Những nghiên cứu liên quan tập trung vào đặc tính học, chứng minh chế làm việc chung truyền
ứng suất lưới dệt chất kết dính [1], [2] Một vài nghiên cứu kiểm tra tính phù hợp TRC kết cấu thực tế [3], [4], [5] nghiên cứu chi tiết khả gia cường cho cấu kiện chịu uốn TRC [6], [7]
Bài báo miêu tả khai thác kết thí nghiệm dựa dầm dài 2m với mục đích nghiên cứu đánh giá tính khả thi cơng nghệ thi cơng sốđặc tính học giải pháp sử dụng TRC Năm dầm thí nghiệm chia thành nhóm mẫu thí nghiệm, nhóm mẫu thí nghiệm thực dầm nguyên vẹn (không bị nứt) tương ứng với việc thi công trực tiếp lớp TRC bề mặt chịu kéo dầm với mục tiêu kiểm sốt làm việc dầm trạng thái xuất vết nứt Nhóm mẫu thí nghiệm thứ hai tập trung vào dầm bị hư hại (làm việc đến trạng thái giới hạn chảy thép dọc), dầm gia cường CFRP TRC liên hợp với sợi carbon thủy tinh dán lên lớp chất sử dụng làm chất kết dính với bề mặt kết cấu chịu kéo với mục tiêu nâng cao khả chịu lực giới hạn kết cấu
2 Miêu tả thí nghiệm
2.1 Tính chất của vật liệu gia cường
(2)sản xuất dệt gia lưới hìn 3x5mm (cho cư
polyeste
Th
Với bao gồm vữ
lớp vải d cá
T T
Lớp tha
t sử dụ
cường m nh chữ nhật Các sợi dọ ường độ er (vải nhân
hủy tinh AR
giải pháp g m lớp vải
ữa Trong kh dệt kháng kiề
ác bon (TRC
` Thanh thủy tin
Thanh bo
lưới sợi dệt anh carbon c
n hình Tín
ụng cho lưới sợi
t “mở”,
ọc (hướng t
độ bền) tạo để may
Số lượn tron
16
gia cường th dệt kháng i với giải ph
ềm sử
C+JC)
nh n
Hình t đan có hình dạng nh ổn định c
thí nghiệm n dệt (đan dọ
kích thước tải) thủy t sợi ngang y quần áo) Bảng Đ
ng sợi
g bó sợi 600
hông thườn kiềm háp lai gia cư dụng
c kết hợp gi Bảng 2.Đ
Đường kính ( 2
1.Ví dụ lớp lư th v TRC c
này Vải
ọc) Mắt ô lưới tinh AR g vải
Bảng t N n v t p Đặc tính kĩ thuậ
Độ mịn bó sợ
25000
g, TRC c nhúng
ường, với iữa
b p
đ
n c Đặc tính kĩ thu
(mm)
lưới sợi dệt đa
hủy tinh ví dụ thể
các giải p k (
thể đầy Nhằm tối ưu việc xâm tán thêm vào Ph phương pháp ật thủy tin
ợi (tex) Đư
0
bon thủy phương chịu
được xử lý nhám bề mặ
cơ học hìn
uật th
E (MP 2500 14000
an th
pháp lai đượ
kéo trực tiếp (hình 2)
y đủ đặ
u hóa khả nă
thiết kế để t n s hương pháp p đặt ướt (we
h AR
ường kính sợi (µm)
700
y tinh (TRC u lực
(quét bề mặ
t chúng nh học c
anh
Pa) 00
00
anh thủy tinh
ợc xác định t Contam
ặc tính
ăng TRC tạo điều kiệ
sợi vải trước gia cường s et lay up me
Chiề
+JVC) đặt lưới s
ặt silic Bảng thể
các
Cường độ c 22
theo phương mine đ
a thủy tinh A C, lớp p n thuận lợi c c vữa đư
sử dụng TRC thod)
ều dài bó sợi (mm) 1102
vng góc sợi Các tha ca) để tăng
ể đặc trư
hịu kéo (MPa) 700
240
g án thí nghi
đồng nghiệp AR phủ
cho
ược C
với anh
độ ưng
)
(3)cư
cư
80 2.2
CFRP Cá
ường c
ường độ chị
000 MPa 2 Mô tả mẫu
Hình 2. ác đặc tính arbon (CFR u kéo: 700
u thí nghiệm
.Mẫu thí nghi
chính P) chiều d
MPa; Mơ đ
m
Hìn
iệm kéo (hình
tấm dán gi dày: 0.4 mm
đun đàn hồ
nh 3.Đặc trưn
học, thiết bịđ ia
m;
ồi:
Thé
được s chế độ bê t
ng hình học củ
đo, tải trọng) q
ép bê t sử dụng lo
ự chênh lệch tông 28 ng
ủa dầm
uy luật ứng xử tông Thép oại bê tông tr h lô
gày 30 MP ử
loại E500 rộn sẵn, điều ô khác Pa
(4)Định dài 2.3 m giá khả gia
Tên d
Dầm Dầm Dầm
D (T Dầm
Thiế TRC + J dầm (đã điể
Một tải t
đến
Tron
đường c tiên tr dầm hư hại; nhân rộn cuối cùn cường b dầm đượ
tham ch
h nghĩa mẫu m với khoảng
năng cố
a tải trước k
dầm ký hiệu
m (B_0) m (TRC) m (CFRP)
Dầm RC+JC) m (TRC +
JVC)
ết bị đo Vật JVC) CF
hư hại) Các
ểm Khoảng trọng tĩnh đ
mẫu thử phá
ng trường hợ
cong tải trọng rạng thái đà m, kh
pha thứ l ng chún ng chả
bởi TRC hay
ợc cải thiện hiếu (khơng
u thí nghiệm g cách gối
ốt thép, dầ
hi gia
Vật liệu gi
Không gia TRC (3 lướ
AR CFR TRC (2 lướ
AR) + than JC TRC (2 lướ
AR) + (JVC) tinh kết hợp
t liệu gia cư
RP đặ
c mẫu thửđư
cách c
ược đặt hoại Đểđo
ợp dầm khô g - chuyển v n hồi, thể h hơng có vật lan tru ng dọc theo
ảy thép y CFRP, khả
rõ rệt lự
gia cường
Dầm có tổn tựa m Đ ầm bê tông c cường Bảng 3.Đ a cường
a cường
ới thủy tinh R)
RP
ới thủy tinh nh bon C
ới thủy tinh thủy p bon
ờng lai (TRC
ặt mặt dư ược kiểm tra gối tựa ch 60 o chuyển vị t
Hình 4.Đ ng bị hư hạ
vị có pha: p nguy liệu dầm uyền vết nứ
chiều dài dầ
Khi dầm đư ả chịu
ực tới hạn c ) d
ng chiều
Đểđánh cốt thép g CFRP,
T c g g Định nghĩa cá
Độcứng d trục EA (M
- 1.8 4.8 3.5
3.3
C + JC;
ưới a tải uốn m cm cho thay đổi
l 2 t đ g
Đường cong tả
ại trước, pha đầu yên vẹn m bị ứt ầm; pha
ược gia tải của dầm dầm gia
c l v h t T c p t
TRC + JC v chiều dài 1.9 gối tựa giải pháp đượ
c mẫu thí ngh
dọc
MN) Ghi c
Chưa hư hạ
Đã bị
hại
iên tục,
ở 2.3 Kết quả
Đường c thấy khác
đầu không b gia cường
i trọng - chuyể cường
ượt 78k 143.63kN C với than hợp lý giúp tăng lên đá TRC+JC cường pháp gia cườ
tải trọng giới
và TRC + JV 95 m đượ
q trình thí
ợc sử dụng c
iệm
hú Kích t
bị ại
hư
10 x 15
LVDT với ch dầm thí nghiệm cong tải trọn c kh
ị hư hại c
ển vị
TRC, TRC+J kN, 98.58kN
húng ta thấy nh carbon v
cho khả năn ng kể, 23% TRC+JVC phương phá
ờng CF hạn có thấp
VC Các
ợc cắt đểđ
í nghiệm Bả
cho nghiên c
thước vật liệu
- 10 x 150 (m 0.4 x 150 (m
10 x 150 (m (các b 50 (mm) + 4 + 122 (thủy hu trình đo ±
ng - độ võn giữ
các dầm bị h
JC, TRC+JV N, 121.4kN,
y giải pháp l và/hoặc thủy ng chịu lực % 27% t
Ứng xử củ
áp lai tươn FRP p
m gia cường
đi qua ng tóm tắt
ứu
u gia cường
mm) mm)
mm) + bon) 2 (các bon) y tinh) ± 100
g (hình 4) c
ữa dầm b hư hại đư
VC CFRP 125.88kN kết hợp T y tinh
của dầm đư
tương ứng a dầm ng quan với g ù khả c
có các đặt cho ban ược
lần TRC
đặt
(5)3 đư [9] tôn ph TR đư SE ph cư thé hạ chấ sợ AC đư hìn “sm
Mơ hình hó
Các mơ hì
ược thiết lập b
để mô phỏn ng cốt thép đ
Trong ngh
ần tử hai ch c phần tử bê RC Các tha
ược mơ hình EG2 Mơ hìn
ỏng tính chấ m
ường độ kéo ép, biến
n vật liệ ất đàn hồi -yến tính, sau
ợi dệt bị phá CIER_UNI d
ược sử dụng nh bê tơng I meared fixed
óa
nh PTHH sử
bằng phần m ng ứng xử c
đã đề cập tớ
Hình iên cứu iều có nút ê tơng thườn anh cốt thép h hóa h đàn hồi d
ất vật liệu củ
mơ hình bao o chảy, cườ
dạng tương
ệu Lưới sợi - giòn Ứng u đạt ứn hoại l o Menegotto g để mô phỏ
NSA dạng d d crack” V
(a) Hình 6.Dạng
E0 Độ cứn
fc Cường
ft Cường
εtm Biến
εrupt Biến
ử dụng phần mềm mã nguồ
chịu uốn
ới Do
h Mơ hình p
y, phần tử
tuyến tính, đ
ng bê tơng p lưới sợ
mơ hình ph
ẻo sử
a cốt thép, c o gồm mô đ ờng độ cực
ứng với dệt loại vậ
suất kéo tă
ng suất kéo
ập tức Mô o Pinto
ỏng cốt thép dải đường n
Viện Khoa h
(b)
g đường quan
Bảng 4
Định ng (module Yo g độ chịu nén g độ chịu kéo
ạng nứt theo p
ạng nứt theo p
n tử hai chiề ồn mở Cast3M
năm dầm b o tính chất đố
phần tử hữu hạ QUA4, dạn
được gán ch g hạt mịn củ ợi dệt có th hần tử than
ử dụng để m đặc trưn
đun đàn hồ
hạn cố
i trạng thái tớ ật liệu có tín
ăng gần
cực đại, lướ
hình cốt thé [10] đề xuấ
và TRC M
ứt trung bìn học ứng dụn
n hệứng suấ
t-4.Tham sốđầ
nghĩa oung)
phương kéo phương nén
ều M bê
ối
xứng v
được m n kết uốn
ạn (1/2 dầm) d
ng ho hể nh mô ng ồi, ốt ới nh ới ép ất Mô nh ng
INSA d
được d tông th vào qu cường dạng n nén εru
nén đư
Gf, đồn
thước p theo kí hủy tổn
đổi, đả
tham s thường tổng hợ ứng su phương
-biến dạng của
ầu vào mô
Bê
về kết cấu mô phỏng, th
này khơng ch t cấu mà cịn chế phá h
dầm gia cường
de Lyon ph dùng để mô hường bê an trọng
độ chịu né nứt chịu k
upt Các biến
ược tính tố ng thời có x phần tử Sự
ích thước ph ng thể đ ảm bảo tính
số đầu vào g, bê tông h
ợp bảng v uất-biến dạng
g chịu lực ch
(c)
a (a) thép, (b) ơ hình bê tơng
ê tơng thường 28.E3 MPa
32 MPa 1.6 MPa 5.E-03 1.51E-2
à tải trọng n
ể hìn hỉđánh giá đư
n cho phép p hoại dầm
g TRC
át triển ứng ê tơng hạt m a mơ hình n fc, cường
kéo εtm và bi
n dạng nứt k n dựa n xét tới ả
thay đổi hần tử giúp
đơn vị thể t sát thực củ định nghĩa ứ
hạt mịn, cốt bảng D
g thép, T hính th
)
TRC (c) bê g TRC 23.E3 M 29 MP 1.6 MP 4.E-03 1.3E-2
nên nh Các mô
ược khả phân tích ứng m gia cư
ứng dụng [ xử phi tuyế
mịn Các tham
độ cứng ba
độ chịu ké iến dạng nứt
khi chịu kéo lượng
ảnh hưởng c giá trị biến cho lư
ích vật liệu
ủa mơ hình
ứng xử thép, lưới s Dạng đường TRC bê t
ể h
bê tông C MPa Pa Pa
nửa dầm hình mô g chịu lực g xử chịu
ường
[11], [12] n bê m số đầu
n đầu E0,
o ft, biến
t chịu o chịu phá hủy kích dạng
ượng phá không [13] Các a bê tông sợi
quan hệ
(6)Lưới dọc theo tử lưới vải d
Khi cường đ
khi phá nứt tham cường việc vớ
mơ phỏ
Hình gia cườn dễ dàng với thí n
điểm [14]
Đườ
cho thấy thực ngh
Thép TRC (AR)
i sợi m o chiều dài c h tính b
dệt theo phư
xét tới ứng
độ chịu lực hủy không bê tông mà m gia chịu lự
Trong mô h i thôn ng, liên kết
Hình Ản
h kết qu ng TRC g nhận thấy
ghiệm công bố củ ờng cong lực y tương đ
hiệm
E (GPa 210
70
mơ hình
ủa dầm (hìn diện tíc
ương chịu lực g xử phi tu c dầm
chỉ phụ thuộ
à cịn phụ th
ực cốt th ình xé ng qua biến p
h hưởng h
uả thí nghiệm C theo giá
Ck = 0.25 c
Điều ph
ủa Si Larbi v c - chuyển v
đồng kế ả dầm không
Bảng 5.Th
a) σsy(MP
500 1000
g phần t h 5) Diện tíc ch tương đươ
c uyến k
ở trạng thá
ộc vào huộc nh hép lưới ét, phần n dạng nút phần tử bê t
hệ số kết dính
m mơ hì trị Ck C
cho kết
hù hợp với cá và đồng
ị dầm
ết mô ph g gia cường
ham sốđầu và
Pa) εy
2.38E 0.016
ử ch phần
ơng
ết cấu, trước g lượng iều vào sợi gia n tử làm Trong tông
c x t t s
đ
n [ q t l
h lưới sợi
nh dầm Chúng ta gần sát ác quan g nghiệp (hình 8) hỏng B_0
d
đ
h x n k n t v
ào mơ hình εsh
-3 3.5E-3 0.025
cốt thép, lướ
xử trượt, tu thực tế, thé 100% cơng tính kết dính số làm việc
được nghiên nghiệm trướ
[14] Trong Ck
trong mô ph
ực kéo
i bê tông hạ dầm gia cườ điểm bê tông hoại, giá trị tả
xấp xỉ n nghiệm m khác biệt giữ
nghiệm tuyệt đối vật liệu TRC t
h thép σsu(MP
3 550 1102
ới sợi hoà
ột cốt p cốt lướ
suất nhi h thực tế hiệu củ
n cứu xé
ớc đưa v nghiên cứu cốt lưới sợ
hỏng lưới sợi
ạt mịn m
ờng TR g bị nứt, cốt
ải trọng nhau, chuyển ô cũn
ữa kết
c giải thích d a bê tơng - cố
trong mơ hình
Pa) ε
0
àn hảo, khô thép
ới sợi khôn iều nguyên óng vai trò q
ủa cốt lưới ét tới c
vào mơ hình này, hệ số ợi xét nhân với c
mô dầm
RC Có thể t thép chảy a mơ
vị đ
g phù hợ
mô giả th
ốt thép
h phần tử hữ
su
05 05
ông xét tới ứ
bê tông T g làm việc nhân quan trọng
sợi c kết
h hóa [8], [1
ố làm việc h tới Hệ số n cường độ c
m TRC
thấy, t thời điểm p
và thực ngh
đường cong th
ợp với kết
huyết liên
ựđồng
ữu hạn
ứng rên hết
đó Hệ
cần thí 12], iệu chịu
thời phá iệm hực Sự
(7)thờ
là cư
của dầ
tru dầ
TR 3) tới (C
Hình 8.S
Vùng nứt t
ời điểm độ v dạng nứt p
ường T a dầm gia c m không gia
Trong giới ng làm rõ ph m B_0 T RC+JVC (viế
được mô ph cường độ
FRP so với T
So sánh kết qu
Hì thể õng dầ
hân bố điển RC Tại cùn cường tập t a cường
hạn hương án TRC Các d
ết theo ký hiệ
hỏng theo ng chịu kéo TRC) hệ
uả mơ hình và
ình Vùng vế n kết mô
ầm 30mm n hình d ng độ võ
trung nhỏ
báo, nhóm t kết mơ dầm CFRP,
ệu định n guyên lý tươ
khác số kết dính l
à kết thí ng
ết nứt xuất hiệ hình hóa tạ
(hình 9) Đâ
ầm gi õng, vùng nứ
ỏ so vớ
tác giả tậ
ơ hình với TRC+JC v nghĩa
ơng tự, có xé vật liệ
lớn tron
ghiệm hai dầm
ện mơ hì
ại ây ia
ứt
ới
ập ng ét
ệu ng
trường với TR
4 Kết
Sử
trong g
đề cập đ
lai dệt TRC hiệu qu
Kết khả thi
m khơng gia c
ình chuyển
hợp lai gia c C)
t luận
dụng vật liệ
gia cường cá p nghiê
đó với lưới sợi C+JVC) giúp uả gia c
t thí ngh việc sử
ường gia c
n vị 30mm
cường (TRC
ệu bê tông c ác dầm bê tô ên cứu Giải h thủy tinh
TRC (hai trư
p nâng cao k cường T hiệm ch
ử dụng TRC
cường TR
C+JC TRC
cốt lưới sợi ông cốt thép i pháp lai g carb
ường hợp T khả chị
TRC hứng minh đ
nhằm nâng
RC
C+JVC so
dệt TRC
đã ia cường bon TRC + JC
ịu kéo