Vật liệu cốt sợi cường độ cao dính bám ngoài vật liệu FRP kết hợp keo epoxy đã được áp dụng rộng rãi thế thế giới từ giữa những năm 1980 ở cả Châu Âu Mỹ Canada Úc và Nhật Bản nhờ có cường độ cao khả năng chống ăn mòn tốt Vật liệu này đang bắt đầu nghiên cứu sử dụng tại Việt Nam để sửa chữa tăng cường khả năng chịu lực cho kết cấu BTCT và một số lĩnh vực khác Do ưu điểm cường độ chịu kéo cao và không bị ăn mòn trong môi trường xâm thực FRP có thể được sử dụng để vừa bảo vệ vừa gia cường kết cấu BTCT ngập trong nước Luận văn này nghiên cứu cơ sở tính toán thiết kế dầm BTCT được gia cường bằng tấm vải sợi các bon CFRP kết hợp chất dính bám là keo Epoxy Qua thực nghiệm kết hợp sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn ATENA để phân tích đánh giá so sánh được khả năng chịu uốn của dầm BTCT thường dầm BTCT gia cường tấm vải sợi cabon CFRP thi công trên khô và trong môi trường nước Phần mềm ATENA là phần mềm chuyên về phân tích kết cấu BTCT phi tuyến làm việc trong giai đoạn đàn hồi cũng như giai đoạn xuất hiện và phát triển các vết nứt đến khi phá hoại dầm Để kiểm chứng ứng xử khả năng chịu uốn của dầm BTCT được gia cường bằng tấm vải sợi cacbon CFRP một chương trình thực nghiệm được thực hiện bao gồm chế tạo 06 dầm BTCT kích thước 150x150x2500 mm Trong đó 02 dầm không gia cường 04 dầm gia cường bằng tấm vải sợi cacbon 02 dầm thi công trên khô và 02 dầm thi công trong nước Tiến hành thí nghiệm phá hoại dầm trong quá trình thí nghiệm dầm các đại lượng biến dạng độ võng bản đồ vết nứt kích thước vết nứt được đo đạt theo các cấp tải đến khi dầm bị phá hoại Kết quả nghiên cứu cho thấy ứng xử dầm theo thực nghiệm khá phù hợp với tiêu chuẩn thiết bê tông cốt thép của ACI và kết quả phân tích bằng phần mềm phần tử hữu hạn ATENA
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ VĂN MINH NGA C C ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐƯỢC GIA CƯỜNG BẰNG TẤM VẢI SỢI CACBON (CFRP) THI CÔNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC R L T DU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng – Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ VĂN MINH NGA ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐƯỢC GIA CƯỜNG BẰNG TẤM VẢI SỢI CACBON (CFRP) THI CÔNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC C C R L T DU Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình giao thơng Mã số: 85.80.205 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN LAN Đà Nẵng – Năm 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Lê Văn Minh Nga C C DU R L T ii ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA DẦM BTCT ĐƯỢC GIA CƯỜNG BẰNG TẤM VẢI SỢI CACBON (CFRP) THI CÔNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Học viên: Lê Văn Minh Nga, chuyên ngành: Kỷ thuật XDCT giao thông Mã số: 85.80.205 Khóa K36.XGT Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN Vật liệu cốt sợi cường độ cao dính bám (vật liệu FRP) kết hợp keo epoxy áp dụng rộng rãi thế giới từ năm 1980 Châu Âu, Mỹ, Canada, Úc Nhật Bản nhờ có cường độ cao, khả chống ăn mòn tốt Vật liệu bắt đầu nghiên cứu sử dụng Việt Nam để sửa chữa tăng cường khả chịu lực cho kết cấu BTCT số lĩnh vực khác Do ưu điểm cường độ chịu kéo cao khơng bị ăn mịn mơi trường xâm thực FRP sử dụng để vừa bảo vệ vừa gia cường kết cấu BTCT ngập nước Luận văn nghiên cứu sở tính tốn thiết kế dầm BTCT gia cường vải sợi bon (CFRP) kết hợp chất dính bám keo Epoxy Qua thực nghiệm kết hợp sử dụng phần mềm phần tử hữu hạn ATENA để phân tích, đánh giá, so sánh khả chịu uốn dầm BTCT thường, dầm BTCT gia cường vải sợi cabon CFRP (thi công khô môi trường nước) Phần mềm ATENA phần mềm chuyên phân tích kết cấu BTCT phi tuyến làm việc giai đoạn đàn hồi giai đoạn xuất phát triển vết nứt đến phá hoại dầm Để kiểm chứng ứng xử khả chịu uốn dầm BTCT gia cường vải sợi cacbon (CFRP), chương trình thực nghiệm thực bao gồm: chế tạo 06 dầm BTCT, kích thước (150x150x2500) mm Trong 02 dầm khơng gia cường, 04 dầm gia cường vải sợi cacbon (02 dầm thi công khô 02 dầm thi công nước) Tiến hành thí nghiệm phá hoại dầm, q trình thí nghiệm dầm, đại lượng biến dạng, độ võng, đồ vết nứt, kích thước vết nứt đo đạt theo cấp tải đến dầm bị phá hoại Kết nghiên cứu cho thấy, ứng xử dầm theo thực nghiệm phù hợp với tiêu chuẩn thiết bê tông cốt thép ACI kết phân tích phần mềm phần tử hữu hạn ATENA Từ khóa: Phần tử hữu hạn (PTHH), vật liệu sợi polymer (FRP), Bê tông cốt thép, bảo vệ bê tông, keo epoxy C C R L T DU ASSESSMENT OF CRIMPING CAPACITY OF REINFORCED CONCRETE BEAM REINFORCED WITH CFRP CONSTRUCTION IN WATER ENVIRONMENT Abstract The high-strength fiber-reinforced external bonded (FRP material) combined with epoxy resin has been widely used in the world since the mid-1980s in Europe, USA, Canada, Australia and Japan thanks to the high strength and good corrosion resistance This material is beginning to be researched and used in Vietnam to repair and strengthening the reinforced concrete structure and some other fields Due to the advantage of high tensile strength and no corrosion in aggressive environments the FRP is used to strengthening and protect concrete structure that flooded in water This thesis studies the basis of calculating the reinforced concrete beam design with carbon fiber fabric (CFRP) combined with epoxy resin Through combined experiments and using ATENA finite element software to analyze, evaluate and compare the bending resistance of normal reinforced concrete beams, reinforced concrete beams by CFRP (construction on dry and in lips water) ATENA software is a software specializing in analyzing nonlinear reinforced concrete structures working in the elastic phase as well as the stage of appearance and development of cracks until damaging In order to verify the flexural behaviors of reinforced concrete beams reinforced with CFRP, an experimental program was implemented including manufacturing 06 reinforced concrete beams, size (150x150x2500) mm Of which 02 beams are not reinforced, 04 beams are reinforced with CFRP (02 beams constructed on dry and 02 beams constructed in the water) Conducting beam damage test, during beam testing, strain quantities, deflection, crack map, crack size are measured according to the load levels until the beam is damaged The results show that the experimental beam behavior is quite consistent with ACI's reinforced concrete design standards and analysis results using ATENA finite element software Key words: Finite element (PTHH), Fiber reinforced polymer (FRP), reinforced concrete, concrete protect, Epoxy resin iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề tài 2.Mục tiêu nghiên cứu đề tài 3.Đối tượng nghiên cứu 4.Phương pháp nghiên cứu 5.Bố cục đề tài CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC DẠNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾP XÚC VỚI MÔI TRƯỜNG NƯỚC 1.1 CÁC DẠNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾP XÚC VỚI MÔI TRƯỜNG NƯỚC .3 1.2 CÁC DẠNG HƯ HỎNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP TIẾP XÚC VỚI MÔI TRƯỜNG NƯỚC .4 1.3 CÔNG NGHỆ BẢO VỆ, GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG CFRP .6 1.3.1 Đặc tính vật lý vật liệu FRP 10 1.3.2 Đặc tính lý vật liệu FRP 10 1.3.3 Ứng xử vật liệu FRP phụ thuộc vào thời gian: 13 1.3.4 Chất lượng vật liệu FRP: 14 1.3.5 Một số công nghệ thi công vật liệu FRP: 14 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 16 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ KẾT CẤU BTCT GIA CƯỜNG17 BẰNG CFRP 17 2.1 THIẾT KẾ KẾT CẤU BTCT GIA CƯỜNG CFRP 17 2.1.1 Các yêu cầu để thiết kế tăng cường khả chịu lực cho kết cấu bê tông 17 2.1.2 Đánh giá đặc trưng lý vật liệu FRP thị trường Việt Nam theo tiêu chuẩn ACI440.2R-08 tiêu chuẩn BD 90/05 21 2.2 TÍNH TỐN SỨC KHÁNG UỐN DẦM BTCT GIA CƯỜNG CFRP 24 2.2.1 Cơ sở lý thuyết tính tốn sức kháng uốn dần BTCT gia cường CFRP 24 2.2.2 Ví dụ tính tốn sức kháng uốn dầm BTCT gia cường CFRP 35 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 39 C C DU R L T iv CHƯƠNG THỰC NGHIỆM DẦM BTCT GIA CƯỜNG CFRP DÁN DƯỚI NƯỚC 40 3.1 CHƯƠNG TRÌNH THỰC NGHIỆM 40 3.1.1 Chế tạo mẫu dầm BTCT cho thí nghiệm 40 3.1.2 Trình tự thực nghiệm dầm: .40 3.1.3 Sơ đồ thực nghiệm nén dầm .43 3.1.4 Kết thí nghiệm 43 3.2 TRÌNH TỰ MƠ PHỎNG PHẦN MỀM PHẦN TỬ HỮU HẠN ATENA 51 3.3 KẾT QUẢ TỪ MÔ PHỎNG PHẦN MỀM ATENA CHO DẦM BÊ TÔNG THƯỜNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP GIA CƯỜNG CFRP 58 3.4 PHÂN TÍCH, BÀN LUẬN KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 60 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 62 3.6 MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (BẢN SAO) C C DU R L T v DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng 1.1 Các đặc trưng học cốt sợi 1.2 Các đặc trưng học chất 1.3 Một số đặc trưng tiêu biểu hệ thống sợi FRP Các tiêu lý yêu cầu vật liệu FRP theo tiêu 2.1 chuẩn BD90/05 Các tiêu lý yêu cầu vật liệu FRP theo tiêu 2.2 chuẩn ACI440.2R-08 Giá trị ứng suất cộng thêm có xét đến giới hạn uwgs 2.3 suất lặp 3.1 Bảng số liệu đo đạc cho dầm BTCT thường Dầm 3.2 Bảng số liệu đo đạc cho dầm BTCT thường Dầm 3.3 Bảng số liệu đo đạc cho dầm BTCT CFRP Khô 3.4 Bảng số liệu đo đạc cho dầm BTCT CFRP Khô 3.5 Bảng số liệu đo đạc cho dầm BTCT CFRP nước 3.6 Bảng số liệu đo đạc cho dầm BTCT CFRP nước C C DU R L T Trang 12 12 12 21 22 35 43 44 46 46 48 49 vi DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 Tên hình Trang Cầu bê tông cốt thép Bến cảng, bến neo đậu thuyền Hư hỏng bị ăn mịn, xy hóa Bị hư hỏng ăn mòn trụ Hư hỏng nứt Hư hỏng chuyển vị Hư hỏng bị ăn mòn Hư hỏng bị xâm thực Các loại sản phẩm vặt liệu FRP Tăng cường khả chịu lực kết cấu BTCT vật liệu CFRP Mơ hình ứng suất-biến dạng vật liệu bê tông, FRP, cốt thép sử dụng thiết kế theo tiêu chuẩn ACI, Euro Code Bê tông bị phá hoại nén Bê tông bị phá hoại nén Phá họi uốn vết nứt Phát triển bê tông cốt sợi 5 6 C C R L T DU Phá hoại cắt vết nứt phát triển bê tông cốt sợi Vật liệu FRP bị phá hoại trước (bị đứt) Phá hoại tách lớp bê tông bảo vệ cốt thép Phá hoại bong dính Mơ hình ứng suất-biến dạng dạng phá hoại Mơ hình ứng suất-biến dạng dạng phá hoại Ứng suất τc xuất gữa bê tơng sợi FRP có lực tác dụng F Bố trí phương vật liệu FRP cho tăng cường khả chịu lực cột Bố trí phương vật liệu FRP cho tăng cường khả chịu lực uốn cho sàn, dầm Phạm vi bố trí vật liệu FRP cho tăng cường khả chịu lực dầm Sơ đồi khối thể tình tự tính toán, thiết kế tăng cường khả chịu lực kết cấu bê tơng vật liệu FRP Mơ hình tính tốn sức kháng uốn Giá trị biến dạng có hiệu vật liệu FRP sử dụng thiết kê 17 18 18 18 18 18 18 19 19 19 19 20 20 20 21 27 28 vii Số hiệu hình 2.18 2.19 2.20 3.1 3.2 3.3 3.7 3.8 3.9 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 Tên hình Trang Mơ hình tính tốn biến dạng ban đầu vật liệu FRP Mơ hình tính tốn biến dạng ban đầu vật liệu FRP Mơ hình tính tốn hệ số φ Bản vẽ thiết kết dầm Kê dán thiết bị để nén dầm Lắp đặt kích thiết bị đo chuyển vị Biểu đồ quan hệ tải trọng biến dạng kéo Biểu đồ quan hệ tải trọng biến dạng nén Biểu đồ quan hệ chuyển vị tải trọng Biểu đồ quan hệ tải trọng biến dạng kéo Biểu đồ quan hệ tải trọng biến dạng nén Biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị Biểu đồ quan hệ tải trọng bề rộng vết nứt cho dầm bê tông thường sử dụng phần mềm Atena Biểu đồ quan hệ tải trọng bề rộng vết nứt cho dầm BTCT CFRP sử dụng phần mềm Atena Biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị nhịp cho dầm BTCT sử dụng phần mềm Atena Biểu đồ quan hệ tải trọng chuyển vị nhịp cho dầm BTCT CFRP sử dụng phần mềm Atena Biểu đồ quan hệ tải trọng bề rộng vết nứt mơ hình thực nghiệm Biểu đồ quan hệ tải trọng bề rộng vết nứt mơ hình thực nghiệm 29 29 31 40 41 41 44 45 45 49 50 50 C C DU R L T 58 59 59 60 60 61 viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ACI BTCT CFRP FRP GFRP PTHH : Viện bê tông Hoa Kỳ : Bê tông cốt thép : Cốt sợi cac bon : Cốt sợi poolymer (Fiber reinforced Polymer) : Cốt sợi thủy tinh : Phần tử hữu hạn C C DU R L T ...ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ VĂN MINH NGA ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐƯỢC GIA CƯỜNG BẰNG TẤM VẢI SỢI CACBON (CFRP) THI CÔNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC C C R L... R L T ii ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA DẦM BTCT ĐƯỢC GIA CƯỜNG BẰNG TẤM VẢI SỢI CACBON (CFRP) THI CÔNG TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Học viên: Lê Văn Minh Nga, chuyên ngành: Kỷ thuật XDCT giao thơng...n kháng uốn dầm theo thực nghiệm (dựa vào Pgh dầm bị nén độ mở rộng vết nứt =0.25mm) Bê tông CFRP Bê tông CFRP Bê tông Atena Khô Uớt Bê tông Bê tông Dầm Dầm Dầm Dầm Dầm Dầm thường CFRP Bê tông thườn