Nghiên cứu gia cường bản bê tông cốt thép bằng tấm frp dính bám ngoài

TR Đ IăH CăĐĨăN NG NGăĐ IăH CăBỄCHăKHOA -  - NGUY NăT NăĐ I NGHIểNăC UăGIAăC NGăB NăBểăTỌNGă C TăTHÉPăB NGăT MăFRPăDệNHăBỄMăNGOĨI LU NăVĔNăTH CăSƾăK ăTHU Tă ĐƠăN ngăă- Nĕmă2018 TR Đ IăH CăĐĨăN NG NGăĐ IăH CăBỄCHăKHOA -  - NGUY NăT NăĐ I NGHIểNăC UăGIAăC NGăB NăBểăTỌNGă C TăTHÉPăB NGăT MăFRP DÍNH BÁM NGỒI Chun ngành :ăK ăthu tăxơyăd ngăcơngătrìnhăgiaoăthơng Mưăs : 60.58.02.05 LU NăVĔNăTH CăSƾăK ăTHU Tă Ng iăh ngăd năkhoaăh c:ăPGS.ăTS.ăHOĨNGăPH ĐƠăN ngăă- Nĕmă2018 NGăHOA L IăCAMăĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tác giả Các số liệu kết tính tốn đưa luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguy năT năĐ i NGHIểNăC UăGIAăC NGăB NăBTCTăB NGăT MăS IăCARBON DÍNH BÁM NGOÀI H c viên: Nguy n T n Đ i Chuyên ngƠnh: Kỹ thu t xơy d ng công trình giao thơng Mư s : 60.58.02.05 Khóa: K33 Tr ng Đ i h c Bách khoa ậ ĐHĐN Tómăt t:ăK t c u BTCT nói chung th ng b xu ng c p theo th i gian Khi c n trì kh ch u t i ban đ u ho c t i tr ng tăng lên th ng ph i s a ch a vƠ gia c ng k t c u Có r t nhi u ph ng pháp gia c ng k t c u d m BTCT đư đ c th c hi n nh mở r ng ti t di n, dán b n thép, thêm cáp d ng l c ngoƠi,ầ đ i v i k t c u d ng b n có th dùng ph ng pháp t ng t , nhiên xu h ng hi n th ng s dụng v t li u composite c ng đ cao nh v i s i carbon, v i s i th y tinh dán lên m t BTCT k t h p v i keo n n Epoxy t o thƠnh l p dính bám ngoƠi có c ng đ cao lƠm tăng kh ch u t i c a k t c u Ph ng pháp dán t m CFRP thi công đ n gi n nên hi n đ c s dụng nhi u n i Tuy nhiên đ a bƠn t nh Qu ng Ngưi, công ngh gia c ng nƠy m i mẻ v i nhƠ t v n thi t k , thi công vƠ qu n lý d án Lu n văn cao h c nƠy t p trung nghiên c u ph ng pháp gia c ng k t c u sƠn BTCT b ng t m v i s i carbon dính bám ngoƠi, n i dung nghiên c u bao g m ph ng pháp tính tốn n i l c k t c u sƠn, tính tốn s c kháng sƠn có gia c ng CFRP vƠ ki m ch ng ph ng pháp qua th c nghi m th t i m t d án th c t T ăkhóaăậ T m s i carbon, sàn BTCT, Keo epoxy, S c kháng, n i l c RESEARCH ON STRENGTHNING CONCRETE SLAB BY EXTERNAL BONDED CARBON FIBER REINFORCED POLYMER ABSTRACT: The reinforced concrete structures generally deteriorate over time When it is necessary to maintain the initial load capacity or increase the load, it is necessary to repair and reinforced the structure There are many methods of reinforcing reinforced concrete beams such as expanded section, steel plate, add external prestressing cable, for RC slab structure can also use the same method, although Today's tendency is to use high-strength composite materials such as carbon fiber, fiberglass cloth glued to the reinforced concrete surface with Epoxy resin to form a high-strength, that increases the load-bearing capacity of structures Extrenal bonded CFRP method is quite simple, so it is used in many places However, in Quang Ngai province, this technology is quite new to consultants on design, construction and project management This master thesis focuses on the strengthening method of reinforced concrete structure with external bonded CFRP, research contents including methods of calculating internal forces of floor structure, Strengthening CFRP and verify the methodology through empirical testing of a real project Keywords ậ Carbon fiber reinforecd polymer (CFRP), concrete slab, epoxy resin, resistance, force effects M CăL C L IăCAMăĐOAN M CăL C DANHăM CăT ăVI TăT T DANHăM CăCỄCăB NG DANHăM CăCỄCăHỊNH M ăĐ U 1 Tên đ tƠi Tính c p thi t c a đ tài Mục tiêu c a đ tƠi Đ i t ng vƠ ph m vi nghiên c u Ph ng pháp nghiên c u C u trúc lu n văn CH NGă 1.ă T NGă QUANă V ă CỌNGă TỄCă GIAă C NGă K Tă C Uă BTCT B NGăV TăLI UăCFRP .3 1.1 T NG QUAN V T LI U C T S I POLYMER 1.1.1 L ch s hình thƠnh vƠ l i ích s dụng v t li u Composite 1.1.2 Các lĩnh v c ng dụng c a v t li u Composite 1.2 V T LI U FRP 1.2.1 C t s i 1.2.2 Ch t dẻo n n .7 1.3 CÁC Đ C TR NG C H C V T LI U FRP 1.3.1 Mô đun đƠn h i 10 1.3.2 C ng đ 10 1.4 Đ B N V T LI U FRP 10 1.4.1 Tác đ ng c a môi tr ng 10 1.4.2 Tác đ ng y u t dƠi h n .11 1.5 TRÌNH T THI CỌNG GIA C NG K T C U BTCT B NG CFRP 11 1.5.1 Trình t thi cơng t ng qt: 11 1.5.2 Yêu c u v t li u 12 1.6 CH D N CÁC B C CỌNG NGH THI CỌNG, KI M TRA, ĐÁNH GIÁ VÀ NGHI M THU K T C U 13 1.6.1 S a ch a h h ng b m t k t c u: 13 1.6.2 Chu n b b m t k t c u tr c dán s i CFRP 14 1.6.3 Công tác ki m tra hƠng ngƠy 19 K T LU N CH NG 20 CH NGă2.ăC ăS ăLụăTHUY T TệNHăTOỄNăSĨNăBTCTăGIAăC NGă CFRP DÍNH BÁM NGỒI 21 2.1 TệNH TOÁN N I L C TRONG K T C U SÀN 21 2.2 TệNH TOÁN S C KHÁNG U N SÀN BTCT GIA C NG CFRP [4] 22 2.2.1 Các gi thuy t tính tốn: 22 2.2.2 Tính toán gia c ng s c kháng u n (xem hình 2.1.) 22 2.2 MỌ PH NG S SÀN BTCT GIA C NG CFRP B NG PH N M M PH N T H U H N 26 2.2.1 C sở tính tốn theo ph ng pháp ph n t h u h n .26 2.2.2 Mơ hình k t c u sƠn BTCT gia c ng CFRP b ng ph n m m SAP2000 V14 27 K T LU N CH NG 32 CH NGă TH Că NGHI Mă GIAă C NGă SĨNă BTCTă B NGă PH NGăPHỄPăDỄNăT MăS IăCFRPăVĨă NGăD NGăTH CăT 33 3.1 GI I THI U CỌNG TRÌNH KHÁCH S N HOLIDAY BEACH: 33 3.2 THI T K GIA C NG K T C U D M SÀN CỌNG TRÌNH KHÁCH S N HOLIDAY BEACH, PHỂN TệCH LÝ THUY N SÀN TH C NGHI M 36 3.2.1 Ph ng pháp tăng c ng k t c u s dụng s i CFRP .36 3.2.2 C sở th c hi n tính tốn thi t k s a ch a gia c ng: T k t qu kh o sát hi n tr ng vƠ phơn tích k t c u 37 3.2.3 S li u phục vụ tính toán thi t k s a ch a gia c ng .38 3.3 K T QU TH NGHI M VÀ BI N LU N 42 3.3.1 T ng quan v trình th nghi m 42 3.3.2.T i tr ng th nghi m vƠ qui trình th 44 3.3.3 M t s k t qu th t i .46 K T LU N CH NG 51 K TăLU NăVĨăKI NăNGH 53 TĨIăLI UăTHAMăKH O 54 QUY TăĐ NHăGIAOăĐ ăTĨIă(B năsao) DANHăM CăT ăVI TăT T AFRP BTCT CFRP DUL FRP GFRP : Aramid Fiber Reinforced Polymer (V t li u polime s i aramid) : Bê tông c t thép : Carbon Fiber Reinforced Polymer (V t li u polime s i cacbon) : D ng l c : Fiber Reinforced Polymer (V t li u polime) : Glass Fiber Reinforced Polymer (V t li u polime s i th y tinh) DANHăM CăCỄCăB NGă S ăhi uă Tênăb ng b ng Trang 1.1 Các đ c tr ng lo i s i cacbon khác (Ameteau, 2003) 1.2 Các đ c tr ng lo i s i th y tinh khác 1.3 Tính ch t c h c khác c a lo i ch t n n (Coker 2003) 1.4 M t s đ c tr ng tiêu bi u c a h th ng t m s i CFRP 1.5 H s giưn nở nhi t theo ph ng c a v t li u CFRP (theo Mallic 1998) 1.6 Yêu c u, ch tiêu kỹ thu t c a v t li u CFRP 13 1.7 Yêu c u, ch tiêu kỹ thu t đ i v i keo dính bám 13 1.8 Yêu c u, ch tiêu kỹ thu t đ i v i keo lót 13 2.1 H s gi m mơi tr 24 3.1 Giá tr tính tốn tr 3.2 K t qu th t i v đ võng, ng su t t i tr ng thí nghi m 46 3.3 K t qu v đ võng trình th 48 3.4 K t qu v 48 3.5 So sánh k t qu đo th c t vƠ phơn tích mơ hình PTHH 50 3.6 K t qu đo đ c v đ võng vƠ ng su t 51 ng (theo ACI 440-2008) c vƠ sau gia c ng ng su t trình th t i 39 DANHăM CăCỄCăHỊNHă S ăhi uă hình Tên hình Trang 1.1 ng dụng v t li u CFRP công tác gia c c u BTCT ng vƠ b o v k t 1.2 C u trúc v t li u CFRP 1.3 Bi u đ quan h 1.4 Trình t thi cơng gia c 1.5 HoƠn thi n b m t tr 1.6 Yêu c u tr 1.7 Pha tr n keo tr 1.8 HoƠn thi n t o phẳng b m t b ng keo Epoxy 18 1.9 HoƠn thi n dán l p v i s i vƠo b m t k t c u 18 2.1 Mơ hình tính tốn s c kháng u n 22 2.2 Mơ hình sƠn BTCT tr 2.3 Mơ hình sƠn gia c 2.4 Khai báo t i tr ng t p trung 10T t i v trí gi a ô sƠn 29 2.5 Đ võng tr 29 2.6 Đ võng sau gia c 2.7 Giá tr ng su t Smax tr c gia c d i tác dụng t i tr ng P=10T 2.8 Giá tr ng su t Smax Sau gia c tác dụng t i tr ng P=10T 2.9 K t qu thi t k hƠm l 3.1 Ph i c nh công trình Khách s n Holiday Beach 33 3.2 Kh o sát xu t hi n v t n t d m, sƠn 34 3.3 Thi t b kh o sát v t n t 34 3.4 Kh o sát hi n tr ng cơng trình 35 3.5 Mơ hình gia c 36 3.6 S đ kh i tính tốn thi t k gia c 3.7 So sánh giá tr tính toán s c kháng tr 3.8 M t b ng t ng th thi t k gia c 3.9 B trí c ng su t - bi n d ng c a lo i v t li u CFRP ng k t c u BTCT b ng CFRP 12 c khí dán s i CFRP 14 c hoƠn thi n b m t 15 c dán t m s i 17 ng 28 ng b ng t m CFRP 28 c gia c c gia c ng CFRP ng CFRP 30 ng CFRP (1,36 Mpa) ng CFRP (1,23 Mpa) d ng thép d m theo ACI 318-05 31 31 ng k t c u b ng CFRP ng b ng CFRP c vƠ sau gia c i 30 37 ng 39 ng k t c u 40 ng k t c u sƠn b ng v t li u CFRP 41 S ăhi uă hình 3.10 B trí gia c Tên hình Trang ng k t c u d m b ng v t li u CFRP 41 3.11 Thi công gia c Holiday Beach ng k t c u b ng CFRP sƠn mái Khách s n 3.12 S h a ph m vi ch t th CFRP 3.13 B trí m đo trình th t i ki m ch ng 43 3.14 M t s thi t b dùng đ th t i cơng trình 44 3.15 M t s hình nh trình th t i 46 3.16 Bi u đ di n bi n đ võng theo th i gian t i m đo 47 3.17 Bi u đ di n bi n ng su t theo th i gian t i m đo 47 3.18 Phơn tích ph n m m SAP 2000V14 49 3.19 K t qu phơn tích chuy n v 49 3.20 K t qu phơn tích n i l c k t c u d m, sƠn 50 t i ki m ch ng sau gia c ng 42 43 51 - K t qu v đ võng, ng su t: B ng 3.6 Kết qu đo đ c độ võng ng suất Căn c tiêu chu n TCVN 9344:2012, ACI-318-08, TCVN 5574-2012 thi t l p tiêu chu n đ đánh giá ch t l ng d m sƠn t ng mái nh k t qu t i tr ng th Ptn=100%Psd nh sau: - Đ võng l n nh t ng t i m đo V1 v i t i tr ng th 460Kg/m2: 0.09 mm < 3.125 mm Đ tăyêuăc u - Đ võng l n nh t ng t i m đo V2 v i t i tr ng th 460Kg/m2: 0.12 mm < 2.667 mm Đ tăyêuăc u - Đ võng l n nh t ng t i m đo V3 v i t i tr ng th 460Kg/m2: 0.32 mm < 2.667 mm Đ tăyêuăc u ng su t kéo l n nh t v i t i tr ng th 460Kg/m2: 0.89MPa < 3.45MPa Đ tăyêuăc u Như độ cứng (độ võng), ứng suất k o kết cấu đạt yêu cầu ứng với tải trọng thử nghiệm Ptn=100%Psd =460(Kg/m2) Kết cấu dầm sàn tầng mái Dự án khách sạn HOL D Y BE CH sau gia cường đảm bảo độ cứng chống biến dạng chịu tải trọng thử nghiệm theo TCVN 93442012 tương ứng với tổng tải trọng theo thiết kế (460kg/m2) K TăLU NăCH NGă3 D a vƠo k t qu nghiên c u, thi t k vƠ th t i ki m ch ng sau gia c ng k t c u b ng v t li u CFRP c a cơng trình khách s n Holiday d n đ n m t s k t lu n sau: + S dụng h th ng t m CFRP (V i s i bon+keo epoxy) dính bám ngoƠi đ gia c ng k t c u d m-sƠn BTCT thu n l i, thi cơng nhanh chóng vƠ hi u qu + S c kháng u n sau gia c ng có th thi t k tăng t 20%-50% tùy theo s phơn b vƠ tính ch t v t li u CFRP vƠ BTCT hi n h u + K t qu đo đ c đ võng, ng su t sƠn th t i ki m ch ng m c t i s dụng cho th y k t c u sau gia c ng an toƠn c v ng su t vƠ đ võng S lƠm vi c 52 h keo epoxy v i BTCT cũ t t, khơng có hi n t ng tách l p c p t i tr ng cao nh t + N u s dụng mơ hình k t c u vƠ v t li u phù h p cho BTCT, CFRP cho k t qu phơn tích lỹ thuy t phù h p v i k t qu đo đ c th c t B c đ u gia c ng d m sƠn BTCT b ng t m CFRP dính bám ngoƠi thu n l i, nhanh chóng nhiên c n ti p tục nghiên c u v tính b n lơu c a k t c u, đ c bi t lƠ tính dính bám lơu dƠi c a h keo epoxy nh kh kháng cháy h th ng v t li u nƠy 53 K TăLU NăVĨăKI NăNGH K TăLU N Nhu c u gia c ng kh ch u t i c a sƠn BTCT xu t hi n m t s tr ng h p nh khôi phục kh ch u t i ban đ u c a sƠn BTCT v t li u b suy thóa theo th i gian; c i t o s đ k t c u h khung d m sƠn ho c gia tăng t i tr ng s dụng lên sƠn Có nhi u gi i pháp gia c ng kh ch u t i c a sƠn BTCT nh mở r ng ti t di n, dùng cáp d ng l c ngoƠi, s dụng v t li u compostite c ng đ cao dính bám ngoƠi, u ch nh s đ ch u l c k t c u Ph ng pháp s dụng v i s i carbon c ng đ cao CFRP dính bám ngoƠi đ gia c ng có u m thi công d dƠng nên đ c ng dụng nhi u h n Nghiên c u nƠy trình bƠy c sở thi t k gia c ng sƠn BTCT s dụng CFRP, công ngh thi công gia c ng CFRP, k t qu th t i ki m ch ng sƠn th c t đ c gia c ng b ng v t li u CFRP Trong nghiên c u nƠy, tăng hi u qu kháng u n c a k t c u sƠn bê tông c t thép gia c ng b ng t m CFRP K t qu nghiên c u vƠ th c nghi m cho th y vi c gia c ng b ng t m CFRP có th nơng cao đáng k kh s dụng c a k t c u bê tông c t thép Các t m CFRP ngoƠi vi c tăng s c kháng c a k t c u gi m đ r ng v t n t vƠ h n ch s xu t hi n v t n t Các k t lu n đ c nêu sau đơy d a s đánh giá, phơn tích k t c u vƠ th t i ki m ch ng k t c u: + S dụng h th ng t m CFRP (V i s i bon+keo epoxy) dính bám ngoƠi đ gia c ng k t c u d m-sƠn BTCT thu n l i, thi cơng nhanh chóng vƠ hi u qu + S c kháng u n sau gia c ng có th thi t k tăng t 20%-50% tùy theo s phơn b vƠ tính ch t v t li u CFRP vƠ BTCT hi n h u + K t qu đo đ c đ võng, ng su t sƠn th t i ki m ch ng m c t i s dụng cho th y k t c u sau gia c ng an toƠn c v ng su t vƠ đ võng S lƠm vi c h keo epoxy v i BTCT cũ t t, khơng có hi n t ng tách l p c p t i tr ng cao nh t KI N NGH Hi n nay, s c nh h ởng đ n k t c u tu i th c a công trình di n th ng xuyên vƠ nguy hi m Các s c nƠy di n ch quan hay khách quan đ u nh h ởng đ n s lƠm vi c n đ nh lơu dƠi c a k t c u Công ngh gia c ng k t c u b ng t m s i carbon đáp ng đ c nhu c u s a ch a, tăng c ng kh ch u l c cơng trình, phù h p v i u ki n cụ th c a n c ta Do c n có nhi u thí nghi m đ c l p liên quan đ n công ngh thi cơng nh tính hi u qu m i tr ng h p t ng ng v i t ng lo i v t li u cụ th nh m lƠm c sở cho vi c tri n khai áp dụng th c t Gia c ng sƠn BTCT b ng t m CFRP dính bám ngoƠi thu n l i, nhanh chóng nhiên c n ti p tục nghiên c u v tính b n lơu c a k t c u, đ c bi t lƠ tính dính bám lơu dƠi c a h keo epoxy nh kh kháng cháy h th ng v t li u nƠy 54 TĨIăLI UăTHAMăKH O [1] Tiêu chu n thi t k k t c u bê tông c t thép: TCVN 5574-2012 [2] Tiêu chu n tr ng t i vƠ tác đ ng: TCVN 2737-1995; TCVN 7953:2008 [3] Trung tơm KHCN & T v n đ u t (2017) H s thi t k vƠ báo cáo th t i sƠn mái cơng trình Khách s n Holiday, Tp ĐƠ N ng [4] ACI 440: Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures, American Concrete Insitute [5] ACI 546R; ACI 546.3R ậ 06: Concrete Repair Guide [6] Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures [7] ACI-318-08: Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary [8] ASTM-D3039, (2008), Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials ASTM-D638, (2010), Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics [9] ASTM-D3039, (2008), Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials [10] ASTM-D638, (2010), Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics [11] ASTM-D790, (2010), Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulation Materials [12] TORAY Industries, Inc TORAYCA®CLOTH Reinforcement Manual (2010) [13] Nguy n Lan, Nguy n Vi t Trung, Tr ng Minh ph c (2006) Phơn tích vƠ thi t k k t c u b ng ph n m m SAP2000 v14, t p Nxb Xơy D ng, HƠ N i [14] Nguy n Lan, Nguy n Vi t Trung, Tr ng Minh ph c (2014) Phơn tích vƠ thi t k k t c u b ng ph n m m SAP2000 v14, t p Nxb Xơy D ng, HƠ N i ... pháp s a ch a, gia c ng k t c u bê tông c t thép b ng v t li u FRP nh s dụng FRP thay th cho c t thép; dùng FRP đóng vai trị nh c t thép d ng l c c u ki n bê tông ng l c tr c; dán t m FRP tăng kh... thép (n u có) - Ph n ti p giáp gi a bê tông cũ vƠ bê tông m i c n s dụng v a k t n i (ch t k t dính) đ đ m b o s dính bám t t gi a ph n bê tơng cũ vƠ m i Các v trí n t, v bê tơng ăn mịn c t thép. .. BTCT b ng CFRP 12 c khí dán s i CFRP 14 c hoƠn thi n b m t 15 c dán t m s i 17 ng 28 ng b ng t m CFRP 28 c gia c c gia c ng CFRP ng CFRP 30 ng CFRP (1,36 Mpa) ng CFRP (1,23 Mpa) d ng thép d m theo