Bài viết trình bày về thiết kế gia cường kháng cắt theo tiêu chuẩn ACI 440.2R-08 và các kết quả nghiên cứu thực nghiệm sự làm việc của dầm BTCT được gia cường kháng cắt bằng vật liệu tấm sợi các bon (CFRP).
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2021 15 (1V): 102–111 HIỆU QUẢ GIA CƯỜNG KHÁNG CẮT CHO DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG VẬT LIỆU TẤM SỢI CÁC BON Hà Mạnh Hùnga,∗, Nguyễn Trung Hiếua a Khoa Xây dựng dân dụng Công nghiệp, Trường Đại học Xây dựng, 55 đường Giải Phóng, quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 01/03/2021, Sửa xong 17/03/2021, Chấp nhận đăng 19/03/2021 Tóm tắt Gia cường kháng cắt cho kết cấu dầm Bê tông cốt thép (BTCT) tiến hành kết cấu dầm không đủ khả chịu cắt (do tính tốn khơng đủ, sai sót q trình thi cơng, có gia tăng tải trọng hay thay đổi sơ đồ làm việc ) Nội dung báo trình bày thiết kế gia cường kháng cắt theo tiêu chuẩn ACI 440.2R-08 kết nghiên cứu thực nghiệm làm việc dầm BTCT gia cường kháng cắt vật liệu sợi bon (CFRP) 03 mẫu dầm BTCT thí nghiệm có kích thước hình học cấu tạo cốt thép chế tạo, 01 mẫu dầm không gia cường dầm đối chứng, 02 dầm lại gia cường kháng cắt vật liệu CFRP theo dải Hiệu gia cường đánh giá thông qua gia tăng khả chịu cắt mẫu dầm sau gia cường Từ khoá: dầm; gia cường; sợi composite; cắt; tiêu chuẩn ACI 440.2R-08 THE STRENGTHENING EFFICIENCY OF REINFORCED CONCRETE BEAMS UNDER SHEAR USING CFRP SHEETS Abstract This paper presents the design of the shear behavior according to ACI 440.2R-08 and an experimental study on this shear behavior of reinforced concrete (RC) beams strengthened with externally bonded carbon fiber reinforced polymer (CFRP) sheets This strengthening is carried out when the beam structure is not capable enough to withstand shear (due to insufficient calculation, errors during construction, increased load or due to change the working diagram ) Three identical specimens were cast The concrete grade and the steel reinforcement ratio were kept constant for all specimens One specimen without being strengthened was the control specimens, while the two other specimens were strengthened with CFRP composite sheets The strengthening effect is assessed through the increase in shear strength of the reinforced post-beam specimens Keywords: beam; strengthening; composite sheet; shear; ACI 440.2R-08 https://doi.org/10.31814/stce.nuce2021-15(1V)-09 © 2021 Trường Đại học Xây dựng (NUCE) Giới thiệu Hiện nay, việc sử dụng sợi composite cường độ cao (Fibre Reinforced Polymer, viết tắt FRP) công tác gia cường kết cấu cơng trình áp dụng phổ biến nước tiên tiến giới Các kết cấu cơng trình gia cường kết cấu cột, dầm, sàn bê tông cốt thép, kết cấu khối xây gạch Trong số vật liệu composite dùng để gia cường kết cấu bê tơng cốt thép vật liệu sợi bon (viết tắt CFRP) sử dụng rộng rãi Phương pháp gia cường vật liệu CFRP tận dụng ưu điểm loại vật liệu cường độ chịu kéo mô đun đàn hồi ∗ Tác giả đại diện Địa e-mail: hunghm@nuce.edu.vn (Hùng, H M.) 102 ụng ưu ưu điểm củacủa loạiloại vậtvật liệuliệu nàynày nhưnhư cường độ độ chịu kéokéo và và mômô đunđun đà dụng điểm cường chịu ồihồi cao,cao, trọng lượng nhẹ, khơng bị ăn mịn BênBên cạnh ưu ưu điểm về đặcđặc tínhtính cơ học, gi trọng lượng nhẹ, khơng bị ăn mịn cạnh điểm học ường vậtvật liệuliệu CFRP cho thấy lợinghệ cho q trình thi thi cơng giagia cườn cường CFRP cho thấy lợi cho trình cơng cư Hùng, H.cịn M., Hiếu, N T / Tạp chí Khoatiện học tiện Cơng Xây dựngq cao, trọng lượng nhẹ, khơng bị khơng ăn mịn Bên cạnh ưu điểm vềmóc đặc tính gia cường vật cơng hưnhư nhanh chóng, đơnđơn giản, không cầncần nhiều máy móc thiết bị,học, thời gian thi thi công nhanh nhanh chóng, giản, nhiều máy thiết bị, thời gian nh liệu CFRP cịn cho thấy tiện lợi cho q trình thi cơng gia cường nhanh chóng, đơn giản, rên Hình giới thiệu hình ảnhảnh dụng sợi CFRP giagia cường khán Trên Hình 1cầngiới thiệu hình dụng sợi CFRP việc cường kh khơng nhiều máy móc thiết bị,sử thờisử gian thitấm cơng nhanh Trên Hình 1trong giớiviệc thiệu hình ảnh sử dụngsứcsức sợicắt CFRP việc gia sức kháng uốn kháng cắt cho dầm bê tông cốt thép ốnuốn và kháng cho dầm bêcường tông cốt thép vàtấm kháng cắt cho dầm bê tông cốt thép (a) Gia cường sức kháng uốn (b) Gia cường sức kháng cắt cường kháng (a) (a) GiaGia cường sứcsức kháng uốnuốn cường kháng (b)(b) GiaGia cường sứcsức kháng cắtcắt Hình Hình ảnh gia cường dầm BTCT vật liệu CFRP Hình Hình cường dầm BTCT CFRP Hình Hình ảnhảnh giagia cường dầm BTCT vậtvật liệuliệu CFRP Ở nước ta, vật liệu CFRP sử dụng cho việc gia cường số cơng trình cầu nhà dân dụng Tuy việc dụng cònđã hạnđã chế,được chưa phổ biếncho đógia ngun nhân Ở nước ta, liệu CFRP sử dụng việc gia cường một công Ở nước ta,nhiên vậtvật liệuáp CFRP sửđược dụng cho việc cường mợt sớ sớ cơng trìnt giá thành tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng cho loại vật liệu gia cường Hiện nước ta chưa nhà dân dụng Tuy nhiên áp dụng hạn chế, chưa phổ biến tr có tiêu chuẩn tính tốn thiết kế,việc gia việc cường cấu bêcịn tơng cốt thép vật liệu CFRP Việc ầucầu và và nhà dân dụng Tuy nhiên áp kết dụng hạn chế, chưa phổtính biến tron tốn chủ yếu dựa theo tiêu chuẩn nước tiêu chuẩn ACI 440.2R-08, ISIS, fib, TR 55, nguyên nhân là giá thành chuẩn thuật dụng ó đó nguyên nhân là giá thành và và tiêutiêu chuẩn kỹ kỹ thuật áp áp dụng chocho loạiloạ vậ JSCE AASHTO [1–6] Kết cấu BTCT gia cường vậtta liệu đượccó tạocác thành từchuẩn ba loại vậttính liệu: bê tơng, cốt thiết cường này Hiện nước taCFRP chưa chuẩn tính toán ệuliệu giagia cường này Hiện nước chưa có tiêutiêu toán thiết kế,kế gi thép CFRP Trong đó, CFRP đóng vai trị cốt thép trường hợp gia cường cường kết bêkháng tông liệu Việc chủ yếu theo ường kếtkháng cấucấu bê tơng cớt thép vậtvật CFRP Việc tínhtính tốn chủ yếu dựa theo cá uốn cắtcốt chothép kếtbằng cấu Việc sửliệu dụng vậtCFRP liệu CFRP thiết kếtoán gia cường địi hỏidựa người kỹ sư khơng hiểu đặc tính lý loại vật liệu mà cịn tương tác vật liệu chuẩn nướctơng, ngoài tiêu chuẩnliệuACI 440.2R-08, ISIS, JSCE êutiêu chuẩn nước tiêu chuẩn ISIS, fib,cơfib, TRTR 55,55, JSCE v CFRP với bêngoài cốtnhư thép mà loại vậtACI có440.2R-08, khác biệt lớn đặc trưng học Những nghiên cứu thực nghiệm làm việc chịu uốn kết cấu BTCT gia cường cách dán AASHTO [1-6] ASHTO [1-6] CFRP vùng làm việc chịu kéo cho thấy ứng xử kết cấu phức tạp so với kết cấu BTCT gia cường [7–12], với nhiều cơcường chế phá hoại xảy phụ thuộc vào đặc trưng vậttừ ba loạ Kết BTCT vật liệu CFRP thành Kếtkhông cấucấu BTCT giagia cường vật liệu CFRP tạotạo thành từ ba loại vậ liệu CFRP, giải pháp thiết kế, thi công, điều kiện làm việc Cáccốt nghiên cứu xửtấm kết cấu BTCT đượcđó, giađó, cường hiệu quảđóng giađóng cường liệunhư liệu: tông, cốt thép và CFRP Trong CFRP vai ệu: bê bê tông, thép vàứng CFRP Trong tấmtấm CFRP vaibằng trịvậttrị cớtcớt thé FRP nói chung vật liệu CFRP nhiều nghiên cứu nước tiến hành mà trường hợp gia cường kháng uốn và kháng cắt kết cấu dụng ong cáccác trường hợp gia cường kháng uốn và kháng cắtCác cho kếtthu cấu Việc sử sử dụng vậ số nghiên cứu điển hình trình bày tài liệu [13–20] kếtcho đềuViệc chứng minh hiệuthiết củakế việc sử dụng loại vật liệuhỏi người gia cường sức kháng uốn,chỉ sức hiểu kháng cắt, CFRP gia cường không ệuliệu CFRP thiết kế gia cường đòiđòi hỏi người kỹ kỹ sư sư khơng hiểu về đặcđặc tínhtínc khả chịu nén, chịu xoắn kết cấu BTCT Đồng thời cho thấy ứng xử kết cấu lý loại vật làphá tương tác liệu tông, cường làliệu phức tạp, nhiều hoại khác hiệu việcCFRP gia cường phụbê thuộc loạigia vật liệu nàynày màvớimà làdạng tương tácnhau vậtvật liệu CFRP vớivới bê tông, cốtcốt thé nhiều vào đặc trưng học vật liệu CFRP (có giá trị khác theo nhà sản xuất) vào quy mỗichấtloại liệu khác biệt lớncấuvề đặc trưng học Những nghiên hikhi màmà vậtvật liệu cógiacó khác biệt đặc cơ học Những nghiên cách,loại lượng thi công cường dán sợi lớn lên kếtvề trưng gia cường Nội trình bày vấn đề́n thiết kếkết giakết cường kháng cắt theođược tiêugia chuẩn ACI 440.2R-08 thực nghiệm sựbáo làm việc chịu BTCT gia cường cách ực nghiệm vềdung làm việc chịu uốn củacủa cấucấu BTCT cường cách dá 103 2 Hùng, H M., Hiếu, N T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng [1] kết nghiên cứu thực nghiệm làm việc kết cấu dầm BTCT gia cường vật liệu CFRP Những kết thu thông qua nghiên cứu góp phần làm rõ ứng xử dầm bê tông cốt thép gia cường vật liệu CFRP hiệu việc gia cường kết cấu dầm BTCT chịu cắt loại vật liệu Thiết kế gia cường kháng cắt dầm BTCT theo ACI 440.2R-08 [1] Từ năm 1990 đến nay, có nhiều tiêu chuẩn dẫn thiết kế thi công gia cường kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) sử dụng loại vật liệu Những tiêu chuẩn xây dựng dựa sở tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BTCT Hiện nay, nước tiên tiến giới ban hành tiêu chuẩn dẫn kỹ thuật việc thiết kế thi công gia cường kết cấu BTCT vật liệu FRP, có tiêu chuẩn sử dụng phổ biến ACI 440.2R-08 [1]: Theo ACI, khả chịu cắt kết cấu dầm BTCT sau gia cường, φVn , phải lớn so với lực cắt yêu cầu, Vu , mà kết cấu phải chịu: φVn ≥ Vu (1) Khả chịu cắt kết cấu sau gia cường xác định theo công thức sau: φVn = φ Vc + V s + ψ f V f (2) Vc , V s , V f khả chịu cắt bê tông, cốt thép đai FR; φ hệ số giảm độ bền tính tốn chịu cắt, lấy 0,75; ψ f hệ số giảm độ bền phụ thuộc cho FRP gia cường kháng cắt Các bước thiết kế gia cường kháng cắt cho kết cấu dầm BTCT làm việc chịu uốn vật liệu FRP, vật liệu FRP dán thẻo dải, gồm: - Xác định khả chịu cắt bê tông cốt thép: Vc = 0,17 Vs = fc bw d Av fy d s (3) (4) Av diện tích cốt thép đai chịu cắt; fy cường độ tính toán cốt thép; s khoảng cách cốt đai - Kiểm tra điều kiện khống chế: Vu − Vc ≤ 0,83 φ fc bw d (5) fc cườngđộ chịu nén đặc trưng bê tông (xác định dựa cường độ chịu nén mẫu thí nghiệm hình trụ tiêu chuẩn); d bw chiều cao hiệu bề rộng tiết diện dầm BTCT Nếu điều kiện khống chế không thỏa mãn cần lựa chọn giải pháp gia cường khác tăng tiết diện - Xác định hệ số giảm khả bám dính κv theo cơng thức: κv = k1 k2 Le ≤ 0,75 11,9ε f u 104 (6) Hùng, H M., Hiếu, N T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng k1 , k2 hệ số; Le chiều dài mà ứng suất bám dính trì; ε f u biến dạng cực hạn FRP - Xác định biến dạng hiệu FRP: ε f e = κv ε f u ≤ 0,004 - Xác Tạp địnhchíứng suất FRP: Khoa họchiệu Cơngquả nghệ Xây dựng, NUCE 2021 (7) p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 σfe = Ef εfe - Tính tốn khả chịu cắt FRP: - Tính diện tích FRP tham gia chịu cắt: Afv fe sin cos d fv Vf Av f s= 2nt f w f (8) 117 (10) f (9) lớpđó FRP; t f góc wnghiêng chiều chiều dảisoFRP 118 n số củalàcủa cácdày dải FRP dán rộng lên kết cấu với phương nằm f Tính tốn khả chịu cắt FRP: 119 ngang, s khoảng cách dải FRP, d chiều cao làm việc hiệu quả fv f A f v σ f e (sin α + cos α) d f v (10) Vf = sf 121 Từ kết quả tính tốn, xác định sức kháng cắt kết cấu sau gia cường theo 122 cơng thứcnghiêng (2) đánh giácác hiệudải quả giadán cường theocấu công thứcphương (1) nằm ngang; s f khoảng α góc của FRP lên kết so với cách dải FRP; d f v chiều cao làm việc hiệu dải FRP 123 Nghiên cứu thực nghiệm Từ kết tính tốn, xác định sức kháng cắt kết cấu sau gia cường theo cơng thức (2) 3.1.hiệu Mẫuquả thí gia nghiệm theo vật liệu chế tạo(1) : và124 đánh giá cường công thức 120 dải FRP 125 Trong nghiên cứu này, 03 mẫu dầm chế tạo giống trước tiến hành 3.126 Nghiên cứu thựcCác nghiệm gia cường mẫu dầm BTCT thí nghiệm có chiều dài 1700 mm, kích thước tiết diện 127Mẫub thí hnghiệm = 150 và250 Nhịptạo làm việc dầm 1500 mm Dầm chịu tác dụng 02 3.1 vậtmm liệu chế 128 lựcnghiên tập trung đặt 03 cách cácdầm gối tựa 500 mm tính tốntrước theo tiến dẫn Trong cứuPnày, mẫu chế tạoQua giống hànhtiêu gia chuẩn cường Các 129 ACI318-05 [7], để tránh cho mẫu dầm thí nghiệm khơng bị phá hoại mơ mẫu dầm BTCT thí nghiệm có chiều dài 1700 mm, kích thước tiết diện b × h = 150 × 250 men mm Nhịp làm việc dầm 1500 mm Dầm chịu tác dụng 02 lực tập trung P đặt cách gối tựa 500 mm 130 uốn, lựa chọn cớt dọc chịu lực vùng kéo (phía dầm) 14, cớt dọc vùng nén Qua tính(phía tốn theo dẫn chuẩn [7], để tránh mẫu dầm nghiệm 131 dầm) bớcủa trí 2tiêu12 Cớt ACI318-05 thép đai 6a50 bớcho trí ởcác mợt phía củathídầm, phíakhơng bị phá hoại mô men uốn, lựa chọn cốt dọc chịu lực vùng kéo (phía dầm) 5∅14, cốt dọc 132 cịn lại khơng bớ trí cớt đai Dầm không gia cường (đối chứng) ký hiệu D-1, vùng nén (phía dầm) bố trí 2∅12 Cốt thép đai ∅6a50 bố trí phía dầm, phía cịn dầmbốcịn D-2 D-3 cường kháng khơng trícịn cớt lại ký lại133 khơng02được trí lại cốtký đai.hiệu Dầm không gia cườnggia (đối chứng) đượccắt ký(vùng hiệu D-1, 02bố dầm 134D-2đai) bằngđược vật liệu dải, U với bề rộng mm Chi tiết hiệu D-3 gia CFRP cường theo kháng cắtdạng (vùng khơng bố trícác cốttấm đai)CFRP vật50liệu CFRP theo dải, dạng rộng cáctrình CFRP Hình 50 mm tiết3.các dầm trình bày Hình Hình 135 U với cácbề dầm bày vàChi Hình 17Ø8a50 P P 2Ø12 2Ø12 5Ø14 136 137 100 500 500 5Ø14 500 100 150 Hình học vàcấu cấutạo tạocốt cớtthép thép mẫu thí nghiệm Hình2.2.Kích Kíchthước thước hình hình học củacủa cáccác mẫu dầmdầm thí nghiệm 50 50 50 50 50 50 50 100 500 500 50 250 105 138 Ø8a50 250 250 50 500 50 50 100 5Ø14 100 136 137 500 500 5Ø14 500 100 150 Hình KíchHùng, thướcH.hình họcN.vàT.cấu cớt thép nghệ mẫu dầm thí nghiệm M., Hiếu, / Tạptạo chí Khoa học Cơng Xây dựng 50 50 50 50 50 250 50 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2021 50 138 100 500 50 50 500 500 50 50 p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 100 Hình Chi tiết phương án gia cường kháng cắt 139 Hình Chi tiết phương án gia cường kháng cắt 140 Cường độ vật liệu bê tông, vật liệu thép sử dụng chế tạo dầm xác Cường độ vật liệu bê tơng, vật liệu sử dụng dầmthíđược xác định thơngtrình qua bày thí nghiệm 141 qua thíthép nghiệm trênchế cáctạo mẫu nghiệm và tóm tắt Bản mẫu thí nghiệm trình bày tóm tắt Bảng Cả 03 mẫu dầm thí nghiệm chế 142 mẫu dầm thí nghiệm chế tạo một cấp phối bê tông và đổ ngà tạo cấp phối bê tông đổ ngày Kết thí nghiệm cường độ nén trung bình 03 thí nghiệm nén trung bình 03q mẫutrình thí nghiệm mẫu thí nghiệm hình trụ 143 tiêu chuẩn D × H =cường 150 ×độ 300 mm, lấycủa đúc hình mẫu trụ tiêu ch dầm trình bày Bảng 1441 = 150 300mm, lấy trình đúc mẫu dầm trình bày Bảng Cường độ bê tông Bảng cốt thép chế tạođộ dầm 145 Cường bê tông cốt thép chế tạo dầm Cường độ chịu nén bê tông 28 ngày Cường độ chịu nén bê tông 28 ngày 24,2 MPa Giới hạn chảy thép D14Giới hạn chảy thép D14 375 MPa Giới hạn chảy thép D8 365 MPa Giới hạn chảy thép D8 24,2 MPa 375 MPa 365 MPa 146CFRP sử dụng Vật liệu sợi cácdobon sử dụng dầmCác hãng TOR Vật liệu sợi bon gia cường dầm hãngCFRP TORAY (Nhật gia Bản)cường sản xuất thông số đặc trưng vật147 liệu Bản)trình sản bày xuất.trong CácBảng thơng2.sớ đặc trưng vật liệu trình bày Bản Bảng vật liệu sử dụng cường 1482 Các đặc trưng củaBảng CFRP Các đặc trưnggiacủa vật liệu CFRP sử dụng gia cường STTsố Thông số Thông t Chiều dày tf Chiều dày STT f Cường độ chịu f f u độ chịu kéo ffu kéo Cường Mô đun đàn hồi E f Biến dạng cực ε f uđun đàn hồi Ef hạn Mô Giá trị 0,365 mm 1210 MPa 96,9 GPa 1,85% Giá trị 0,365 mm 1210 MPa 96,9 GPa 1,85 % Biến dạng cực hạn fu 3.2 Quy trình thi cơng gia cường vật liệu composite 149 Trên Hình Hình giới thiệu số hình ảnh vật liệu thi cơng gia cường dầm vật liệu CFRP Đầu tiên, bề mặt dầm vùng dán gia cường đánh máy mài cầm tay giấy ráp để loại bỏ phần vữa xi măng chất lượng tăng bám dính CFRP bề mặt bê tông Tiếp đến quét lớp keo dán epoxy lên bề mặt bê tông thành lớp mỏng quét lên hai mặt CFRP cho keo epoxy xâm nhập hết vào 150 CFRP Cuối dán CFRP lên bề mặt bê tơng Thí nghiệm tiến hành sau 72 h để 151 Hình Hình ảnh dụng Hình vật Hìnhliệu ảnhCFRP vật liệusử CFRP sửtrong dụng gia cường đảm bảo lực dính kết CFRP bề mặt bê gia cường 152 3.2 Quy trình thi cơng gia cường vật liệu composite tơng 153 154 155 156 Trên Hình Hình giới thiệu mợt sớ hình ảnh vật liệu thi công 106 dầm vật liệu CFRP Đầu tiên, bề mặt dầm vùng dán gia cường máy mài cầm tay giấy ráp để loại bỏ phần vữa xi măng chấ tăng bám dính CFRP bề mặt bê tông Tiếp đến quét lớp keo 159 lên bề mặt bê tông thành lớp mỏng quét lên hai mặt CFRP cho keo epoxy xâm nhập hết vào CFRP Cuối dán CFRP lên bề mặt bê tơng Thí nghiệm Hùng, H M., Hiếu, N lực T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng tiến hành sau 72 h để đảm bảo dính kết CFRP bề mặt bê tơng 160 Một số hình cơng gia gia cường tấmtấm sợi composite Hình 5.Hình Mợt5.sớ hình ảnhảnh thithicơng cường sợi composite 157 158 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 3.3 Tính tốn khả chịu lực dầm gia cường 3.3 Tính tốn khả chịu lực dầm gia cường Việc tính tốn khả chịu cắt dầm thí nghiệm nhằm làm sở cho Việc tính tốn khả chịu cắt dầm thí nghiệm nhằm làm sở cho cơng tác thí nghiệm công việc thủy lựa chọn gia gia tải tải) (kích thủy lực, khung giatheo tải)tính tác việcthí lựanghiệm chọn hệ gia tải (kích lực, hệhệ khung so sánh khảhệ chịu cắt toán củakhả mẫu giacắt cường toán D-3 với kếtcác quảmẫu thực dầm nghiệm D-2 số thívới nghiệm so sánh năngdầm chịu theoD-2 tính giaDựa cường vàliệu D-3 kết cường độ bê tông cường độ cốt thép đặc trưng học vật liệu CFRP, xác định quả thực nghiệm Dựa số liệu thí nghiệm cường đợ bê tơng và cường độ khả chịu cắt dầm sau gia cường dựa theo cơng thức trình bày mục cốt thépxétvàđến cáchệđặc trưng học vậtTổng liệu hợp CFRP, xáctính định khả chịu năngcắtchịu (khơng số an tồn φ tínhcủa tốn) kết tốnđược khả cắt sau giatrình cường theo dầmdầm thí nghiệm bày ởdựa Bảng cơng thức trình bày mục (khơng xét đếnBảng hệ sớ khicắttính hợptínhkết quả tính tốn khảchuẩn năngACI chịu cắt của[1]các an Khảtồn chịu tốn) mẫuTổng dầm theo toán lý thuyết theo tiêu 440.2R-08 dầm thí nghiệm trình bày Bảng Dầm Khả chịu cắt bên trái Vc + V s (kN) D-1 D-2, D-3 25,6 + 139,3 = 164,9 25,6 + = 25,6 tiêu chuẩn ACI 440.2R-08 [1]25,6 + 23,0 = 48,6 Khả chịu cắt bên trái Dầm 3.4 Sơ đồ thí nghiệm bố trí dụng cụ đo Vc + Vs (kN) 172 173 174 175 176 Khả chịu cắt bên phải Vc + V f (kN) Bảng Khả chịu cắt mẫu dầm theo tính tốn lý thút theo Khả chịu cắt bên phải Vc + Vf (kN) Các mẫu dầm thí nghiệm theo sơ đồ dầm đơn giản kê lên gối tựa cố định gối tựa di động D-1chịu tác dụng 02 lực tập trung P cách gối tựa 25,6+ = 25,6 (Hình 6) Dầm bên 0750 mm Để tạo tải trọng tác dụng lên dầm, sử dụng25,6+139,3 kích thủy lực =164,9 (loại 20 tấn) kết hợp với dầm phân tải Thông qua dầm phân D-2,tập D-3 25,6+23,0 = 48,6 tải, tải trọng trung đầu kích phân thành 02 tải trọng tác dụng lên dầm Giá trị tải trọng tập trung đầu kích xác định thơng qua 01 dụng cụ đo lực điện tử (Load Cell) kết nối với số liệu Data-Logger TDS 530cụ (dođo hãng Tokyo Sokki – Nhật Bản sản xuất) 3.4 Sơxửđồlýthí nghiệm bố trí dụng Chuyển vị dầm xác định thông qua 03 dụng cụ đo chuyển vị LVDT bố trí hai gối tựa vàCác dầm Trong trường hợp này,theo độ võng f dầm vị trí đơn dầm xácgới địnhtựa theo mẫu dầm thí nghiệm sơ đồ giảnđược kê lên cớcơng địnhthức f = f − 0,5( f + f ) với f , f , f giá trị chuyển vị xác định từ số đọc LVDT tương ứng di đợng (Hình Dầm chịu tác dụng 02 lực tập trung P cách gối tựa gối tựa 6) Các dụng cụ đo chuyển vị, lực load cell kết nối với thu thập, xử lý số liệu TDS-530 cho phép bên 750 tự mm Đểvàtạo rathời tải trọng tácsốdụng lêntrong dầm, dụng kích thủy lực (loại 20 tấn) ghi nhận động đồng thơng đo đạc thísử nghiệm 107 177 178 179 180 kết hợp với dầm phân tải Thông qua dầm phân tải, tải trọng tập trung đầu kích phân thành 02 tải trọng tác dụng lên dầm Giá trị tải trọng tập trung đầu kích xác định thông qua 01 dụng cụ đo lực điện tử (Load Cell) kết nối với bộ xử Hùng, H M., TDS Hiếu,530 N T KhoaSokki học Công nghệ Xây lý sớ liệu Data-Logger (do/ Tạp hãngchí Tokyo – Nhật Bản sảndựng xuất) P P TDS-530 100 500 500 500 100 Hình6.6.Sơ Sơđồ đồthí thí nghiệm nghiệm Hình 181 183 Chuyển vị dầm xác định thông qua 03 dụng cụ đo chuyển vị LVDT bố trí hai gới tựa dầm Trong trường hợp này, đợ võng f vị trí dầm 184 xác định theo công thức f 182 3.5 Phân tích đánh giá kết f 0,5( f1 f ) với f1 , f , f giá trị chuyển vị xác a Quan 185 hệ tải định trọng võng từ – sốđộ đọc trênXây LVDT ứng.2021 Các dụng cụ p-ISSN đo chuyển2615-9058; vị, lực load cell 2734-9489 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ dựng,tương NUCE e-ISSN Trên 186 Hình kết trình bày mối quan hệ tải trọng P độ võng f tiết diện nối với bộ thu thập, xử lý số liệu TDS-530 cho phép ghi nhận tự động và đồng thời nhịp mẫu dầm187 thí nghiệm thơng sớ đo đạc thí nghiệm 188 3.5 Phân tích đánh giá kết 189 a Quan hệ tải trọng – độ võng 190 Trên Hình trình bày mới quan hệ tải trọng P và độ võng f tiết diện nhịp mẫu dầm thí nghiệm 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 Hình Quan hệ tải trọng - độ võng đầm thí nghiệm Hình Quan hệ tải trọng - đợ võng đầm thí nghiệm Các kết thu từ biểu đồ P-f thí nghiệm cho thấy, việc gia cường kháng cắt dầm BTCT kết quảsợi thuCFRP đượckhơng từ biểu đồ dụng P-f thí nghiệm thấy, việc gia cường kháng bằngCác vật liệu có tác gia tăng độ cứng cho dầm BTCT Kết BTCT thu Hìnhtấm thấykhơng có chênh độ củacủa cácdầm dầm cắt dầm vật liệu sợicho CFRP có táclệch dụng giavõng tăngcực đợhạn cứng D-1, D-2 D-3 thời điểm bị phá hoại hồn tồn Điều giải thích việc dầm BTCT bị phá hoại cắt Đây dạng phá hoại đột ngột phụ thuộc vào hình thành phát triển vết nứt xiênKết trongquả bê tông Sự không phân bố thấy cốt liệu bê tônglệch (chủ yếuđộ cốt liệucực đá dăm) thu trênđồng hìnhđều cho cótrong chênh võng hạn dầm D-1, D-2 D-3 thời điểm108 bị phá hoại hoàn toàn Điều này giải thích việc dầm bị phá hoại cắt Đây là dạng phá hoại đột ngột phụ thuộc vào hình thành phát triển vết nứt xiên bê tông Sự không đồng Hùng, H M., Hiếu, N T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng vai trò lớp CFPR gia cường ảnh hưởng đến phát triển vết nứt, dẫn đến chênh lệch tải trọng độ võng cực hạn mẫu thí nghiệm Giá trị tải trọng cực hạn gây phá hoại mẫu dầm hiệu công tác gia cường trình bày Bảng Có thể nhận thấy dầm gia cường chịu cắt CFRP cho có lực phá hoại cao hẳn so với mẫu dầm đối chứng Mức độ tăng khả chịu cắt, với tham gia CFRP, 50,7% 48,0% dầm D-2 D-3 so với dầm D-1 Bảng Tải trọng phá hoại (cắt) mẫu dầm Dầm Tải trọng phá hoại theo thực nghiệm P ph (kN) % tăng khả chịu lực D-1 D-2 D-3 33,5 50,5 49,6 50,7% 48,0% Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, NUCE 2021 p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 b Sự phá211hoại b.các thí nghiệm Sự mẫu phá hoại mẫu thí nghiệm Các mẫu bị pháđều hoại cắt.hoại Trên trình bày họahình hình ảnh phá hoại 212 dầm thí Cácnghiệm mẫu dầmđều thí nghiệm bị phá cắt Hình Trên Hình trình bàyminh minh họa ảnh phá hoại D-1 mẫu dầm đối chứng dầm cường D-2 Hình mẫu 213 dầm đối chứng mẫu dầmD-1 giamẫu cường D-2.gia Hình ảnh phá hoại từ mẫu dầm 214 xuất ảnh phá hoại mẫunứt dầm D-1 khoảng cho thấy 450 xuất 01 vết nứt xiên khoảng 450 so D-1 cho thấy 01từvết xiên so với phương nằm ngang, bềvới rộng vết nứt phát 215 Đối phương nằm ngang, bề rộng vết nứtcản phátcủa triểntấm nhanh Đốivà vớilớp dầmkeo D-2,dán ngăn cản nhiều triển nhanh với dầm D-2, ngăn FRP nên xuất 216 FRP lớp keo dán nên xuất nhiều vết nứt nhỏ xiên so với phương vết nứt nhỏ xiên so với phương nằm ngang, với bề rộng vết nứt hạn chế đáng kể so với bề 217 nằm ngang, với bề rộng vết nứt hạn chế đáng kể so với bề rộng vết nứt dầm rộng vết nứt dầm D-1 218 219 D-1 Hình Hình ảnh phá hoại dầm đới chứng D1 dầm gia cường D-2 Hình Hình ảnh phá hoại dầm đối chứng D1 dầm gia cường D-2 220 Đối với mẫu dầm gia cường, bề rộng vết nứt tăng lên truyền 221 lực qua vết nứtđược gia đảmcường, bảo thơng làm việc tấmlên FRPthì giasựcường Sự lực qua vết nứt Đối với mẫu dầm khiquabềsựrộng vết nứtcác tăng truyền 222 làm việc này đảm bảo thơng qua lực bám dính FRP bề mặt bê tông đảm bảo thông qua làm việc FRP gia cường Sự làm việc đảm bảo 223 Khi bề rộng vết nứt tăng lên dẫn đến ứng suất kéo FRP lớn Lực kéo thông qua lực bám dính FRP bề mặt bê tơng Khi bề rộng vết nứt tăng lên dẫn đến ứng 224 FRP lớn kéo bong lớp bê tông bảo vệ đầu tự FRP (Hình 9), làm suất kéo FRP lớn Lực kéo FRP lớn kéo bong lớp bê tông bảo vệ đầu tự 225 liên kết FRP với bề mặt bê tông gây phá hoại dầm Các FRP chưa FRP 9),dầm làmbịmất liên kết vớiquan bề sát mặtđược bê đới tơng 226 (Hình bị đứt phá hoại Cơ chế phátấm hoạiFRP này vớivà 02gây dầm phá D-2 hoại dầm Các FRP 227 chưa bị D-3 đứt dầm bị phá hoại Cơ chế phá hoại quan sát đối Từ chế cho thấy, công tác gia cường nói chung và gia cường khángvới 02 dầm D-2 D-3 Từ chế cho cần thấy, công tác gia lớp cường nóibảo chung giagiacường 228 cắt nói riêng, đảm bảo chất lượng bê tông vệ vùng cường kháng cắt nói riêng, cần đảm 229 bảo chất lượng vệ ởFRP vùng gia bảo lực bám đảm bảocủa đượclớp lực bê bámtơng dính bảo bề mặtcường bê tôngcũng (thôngnhư qua đảm xử lý làm phẳng,và nhẵn mặt,bê đảm bảo (thông chất lượng keoxử dán ) để tăng hiệu quả bề việcmặt, gia cường dính giữa230 FRP bềbềmặt tơng qua lý làm phẳng, nhẵn đảm bảo chất lượng keo dán ) hiệumẫu quảdầm củagiaviệc giaD-2, cường 231để tăng Các cường D-3 bị phá hoại hoàn toàn xảy bong FRP Các mẫu cường D-2, D-39).bị phá hoại hoàn toàn xảy bong FRP khỏi bề mặt bê 232 dầm khỏigia bề mặt bê tơng (Hình tơng (Hình 9) 109 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, NUCE 2021 p-ISSN 2615-9058; e-ISSN 2734-9489 Hùng, H M., Hiếu, N T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng 233 Lớptông bê tông bảovệ vệ ởởcuối tấmtấm FRPFRP bị kéobị vỡkéo vỡ Hình 9.Hình Lớp9 bê bảo ći 234 235 c So sánh kết quả thực nghiệm với kết quả tính tốn lý thút 236 Trên Trên bảngBảng trình quảsososánh sánh tải trọng phágiữa hoại tính tốn lýACI thuyết theo trìnhbày bàykết kết tải trọng phá hoại tínhgiữa tốn lý thuyết theo 440.2R08 kết thí nghiệm dầm gia cường D-2dầm D-3 thể nhận giá trịCó thu thể đượcnhận từ ACI 440.2R-08 kết quả thí nghiệm giaCó cường D-2thấy D-3 thực nghiệm lớn so với lý thuyết, độ chênh lệch không đáng kể Như kết tính tốn thấy giá trị thuACI từ thựcphù nghiệm lớnviệc hơndựso thuyết, và độ chênh lệchgia làcường không lý thuyết theo 440.2R-08 hợp báovới khảlýnăng chịu cắt dầm BTCT đáng NhưCFRP vậy kết quả tính toán lý thuyết theo ACI 440.2R-08 phù hợp việc bằngkể vật liệu dự báo khả chịu cắt dầm BTCT gia cường vật liệu CFRP Bảng So sánh tải trọng phá hoại (cắt) theo tính tốn lý thuyết với thực nghiệm 237 238 239 240 241 c So sánh kết thực nghiệm với kết tính tốn lý thuyết Bảng Tải So sánh tải trọng phá hoại (cắt) theo tính tốn lý thút với thực nghiệm trọng phá hoại theo tính tốn P (kN) Tải trọng phá hoại theo thực nghiệm P (kN) P /P Dầm lt D-2 Dầm D-3 D-2 48,6 Tải trọng phá hoại theo 48,6 tính tốn Plt (kN) 48,6 Kết luận hiệu gia cường kháng cắt D-3 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 48,6 tn 50,5 theo Tải trọng phá hoại 49,6 thực nghiệm Ptn (kN) tn Ptn/ Plt 50,5 1,04 49,6 1,02 lt 1,04 1,02 Bên cạnh giải pháp truyền thống, sử dụng sợi CFRP công tác gia cường kháng cắt giải pháp tiên tiến với ưu điểm bật phương pháp thi công đơn giản, thời gian thi công nhanh không làm thay đổi khơng gian kiến trúc cơng trình sau gia cường Kết nghiên cứu chohiệu thấy gia cường chịucắt cắt CFRP cho có lực phá hoại cao 4.thực Kếtnghiệm luận quảdầm giađược cường kháng hẳn so với mẫu dầm đối chứng, phương pháp gia cường kháng cắt cho kết cấu dầm BTCT cách Bêntấm cạnh dán giảithành phápdảitruyền thống, dụngviệc tấmtăng sợisức CFRP tác gia sử dụng sợi FRP cho hiệu rõ sử rệt khángtrong cắt củacông dầm BTCT Cả 02 kháng dầm giacắt cường bằngpháp vật liệu CFRP phá họaiưu dođiểm lực kéo lớn gâypháp kéo vỡthi cường giải tiên tiếnđều vớibịnhững bậttấm nhưFRP phương lớp bê tông bảo vệ Điều cho thấy cơng tác gia cường, vị trí hư hỏng bề mặt bê tông công đơn giản, thời gian thi công nhanh và không làm thay đổi không gian kiến trúc lớp bảo vệ chất lượng cần tiến hành sửa chữa trước tiến hành thi cơng gia cường cơng trình sau gia cường Kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy dầm gia cường chịu Lời cảm ơn cắt CFRP cho có lực phá hoại cao hẳn so với mẫu dầm đối chứng, gia ơn cường cắt cho BTCT cách sửQuốc dụng Tácphương giả chân pháp thành cảm hỗkháng trợ tài kết Quỹ cấu Phát dầm triển khoa họcbằng công nghệ FRP dán cho thành dảimãcho hiệu quả rõ rệt việc tăng sức kháng cắt dầm gia sợi (NAFOSTED) đề tài số 107.01-2019.321 BTCT Cả 02 dầm gia cường vật liệu110 CFRP bị phá họai lực kéo FRP lớn gây kéo vỡ lớp bê tông bảo vệ Điều cho thấy công tác gia cường, vị trí hư hỏng bề mặt bê tơng lớp bảo vệ chất lượng cần tiến hành sửa chữa trước tiến hành thi công gia cường Hùng, H M., Hiếu, N T / Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng Tài liệu tham khảo [1] ACI 440.2R-08 (2008) Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures Reported by ACI Committee 440, American Concrete Institute [2] FIP Bulletin No 14 (2001) Externally Bonded FRP Reinforcement for RC structures Technical Report, Bulletin 14, International Federation for Structural Concrete [3] ISIS (2008) FRP Rehabilitation of Reinforced Concrete Structures, Design Manual 4, Version The Canadian Network of Centres of Excellence on Intelligent Sensing for Innovative Structures (ISIS Network) [4] TR55 (2000) Design guidance for strengthening concrete structures using fibre composite materials Concrete Society Technical Report 55, The Concrete Society, Crowthorne, UK [5] JSCE (2001) Recommendations for Upgrading of Concrete Structures with Use of Continuous Fiber Sheet Concrete Engineering Series 41, Japan Society of Civil Engineering [6] AASHTO (2012) Guide Specifications for Design of Bonded FRP Systems for Repair and Strengthening of Concrete Bridge Elements First Ed., American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington DC [7] ACI 318-14 (2014) Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary American Concrete Institute [8] ACI 546R-04 (2004) Concrete Repair Guide American Concrete Institute [9] ACI 224.1R (2007) Causes, Evaluation and Repair of Crack in Concrete Structures American Concrete Institute [10] ASTM D3039 Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials [11] Hiếu, N T (2015) Nghiên cứu hiệu gia cường kháng uốn cho dầm bê tông cốt thép vật liệu sợi bon Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng, 1/2015 [12] Hiếu, N T., Cường, L T (2018) Nghiên cứu thực nghiệm hiệu gia cường dầm bê tông cốt thép chịu xoắn vật liệu sợi bon CFRP Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Công nghệ Việt Nam, 60(3) [13] Khalifa, A., Gold, W J., Nanni, A., Abdel Aziz, M I (1998) Contribution of externally bonded FRP to shear capacity of RC flexural members Journal of Composites for Construction, 2(4):195–202 [14] Chen, J.-F., Teng, J G (2003) Shear capacity of FRP-strengthened RC beams: FRP debonding Construction and Building Materials, 17(1):27–41 [15] Deniaud, C., Cheng, J R (2001) Shear behavior of reinforced concrete T-beams with externally bonded fiber-reinforced polymer sheets Structural Journal, 98(3):386–394 [16] Deniaud, C., Cheng, J R (2004) Simplified shear design method for concrete beams strengthened with fiber reinforced polymer sheets Journal of Composites for Construction, 8(5):425–433 [17] Alzoubi, F., Zhengliang, L (2007) Overview shear strengthening of RC beams with externally bonded FRP composites Journal of Applied Sciences, 7(8):1093–1106 [18] Hoa, H P., Minh, P D (2014) Nghiên cứu gia cường dầm bê tông cốt thép vật liệu composite sợi cacbon Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Đại học Đà Nẵng, 3(76):28–31 [19] Lâm, C V., Lan, N (2016) Đánh giá hiệu biện pháp gia cường sức kháng cắt cầu bê tông cốt thép thường phần mềm abaqus thực nghiệm Tạp chí Giao thông vận tải, (3/2016): 53–56 [20] Dũng, N T., Mợi, N V., Hoa, H P (2011) Nghiên cứu giải pháp gia cường dầm bê tông cốt thép vật liệu composite sợi carbon Tạp chí Khoa học Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, 3(44):36–42 111 ... dầm bê tông cốt thép ốnuốn và kháng cho dầm b? ?cường tông cốt thép va? ?tấm kháng cắt cho dầm bê tông cốt thép (a) Gia cường sức kháng uốn (b) Gia cường sức kháng cắt cường kháng (a) (a) GiaGia... thuộc cho FRP gia cường kháng cắt Các bước thiết kế gia cường kháng cắt cho kết cấu dầm BTCT làm việc chịu uốn vật liệu FRP, vật liệu FRP dán thẻo dải, gồm: - Xác định khả chịu cắt bê tông cốt thép: ... cấu dầm BTCT gia cường vật liệu CFRP Những kết thu thông qua nghiên cứu góp phần làm rõ ứng xử dầm bê tông cốt thép gia cường vật liệu CFRP hiệu việc gia cường kết cấu dầm BTCT chịu cắt loại vật