Ảnh hưởng của cường độ bê tông đến ứng xử cột bê tông cốt thép gia cường tấm CFRP chịu nén lệch tâm một phương

TỐNG NGUYỄN THANH BÌNH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CÔNG NGHIỆP LONG AN - TỐNG NGUYỄN THANH BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH KỸ THUẬT XÂY DỰNG Đề tài: ẢNH HƯỞNG CỦA CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG ĐẾN ỨNG XỬ CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP GIA CƯỜNG TẤM CFRP CHỊU NÉN LỆCH TÂM MỘT PHƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ: 8.580.201 Năm 2019 Long An - Năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CƠNG NGHIỆP LONG AN TỐNG NGUYỄN THANH BÌNH Đề tài: ẢNH HƢỞNG CỦA CƢỜNG ĐỘ BÊ TÔNG ĐẾN ỨNG XỬ CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP GIA CƢỜNG TẤM CFRP CHỊU NÉN LỆCH TÂM MỘT PHƢƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG Long An, năm 2019 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ CƠNG NGHIỆP LONG AN TỐNG NGUYỄN THANH BÌNH Đề tài: ẢNH HƢỞNG CỦA CƢỜNG ĐỘ BÊ TÔNG ĐẾN ỨNG XỬ CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP GIA CƢỜNG TẤM CFRP CHỊU NÉN LỆCH TÂM MỘT PHƢƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT XÂY DỰNG MÃ SỐ: 8.580.201 Ngƣời hƣớng dẫn Khoa học: PGS.TS NGUYỄN MINH LONG Long An, Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sĩ tơi thực hướng dẫn thầy Phó Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Minh Long Các kết luận văn thạc sĩ thật chưa công bố nghiên cứu khác Tôi xin chịu trách nhiệm nội dung nghiên cứu Long An, ngày 19 tháng năm 2019 Tác giả Tống Nguyễn Thanh Bình LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lòng tri ân đến thầy hướng dẫn Nguyễn Minh Long, tận tâm hướng dẫn truyền đạt kiến thức cho suốt thời gian thực luận văn Xin cảm ơn cán quản lý Phịng Thí nghiệm kết cấu cơng trình - Khoa kỹ thuật xây dựng - Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ cho suốt thời gian thực chương trình thực nghiệm luận văn thạc sĩ Xin cảm ơn q Thầy Cơ truyền đạt cho tơi kiến thức bản, bạn học viên tạo điều kiện, giúp đỡ cho suốt thời gian học tập Trường Đại học Kinh tế Công nghiệp Long An Tôi xin chân thành cảm ơn! Long An, ngày 19 tháng năm 2019 Tác giả Tống Nguyễn Thanh Bình TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Tên đề tài: Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến ứng xử cột bê tông cốt thép gia cƣờng CFRP chịu nén lệch tâm phƣơng Tác giả luận văn: Tống Nguyễn Thanh Bình, Khóa: K3 Người hướng dẫn: PGS, TS Nguyễn Minh Long Lý chọn đề tài Trong hệ kết cấu khung cơng trình, cột phận quan trọng, tiếp nhận đồng thời toàn tải trọng đứng từ cấu kiện sàn, dầm tải trọng ngang Hiện nay, sau thời gian dài sử dụng, hàng loạt cơng trình xây dựng (dân dụng giao thơng) có dấu hiệu xuống cấp Trong bối cảnh việc xây để thay cơng trình địi hỏi cần có nguồn vốn lớn thật tốn kém; việc sửa chữa nâng cấp nhằm kéo dài thời gian sử dụng chúng, vấn đề gia cường gia cố kết cấu chịu lực cột đặc biệt quan tâm Bên cạnh công tác gia cường sử dụng vật liệu kỹ thuật truyền thống dán thép lên bề mặt kết cấu, tăng kích thước tiết diện kết cấu cách phủ thêm lớp áo bê tông, tạo thêm ứng suất có lợi phương pháp căng sau, gần đây, kỹ thuật dùng vật liệu “composite epoxy - sợi” (Fiber Reinforced Polymers - FRP) lên giải pháp hiệu nhờ vào đặc tính bật khối lượng riêng nhẹ, không bị ăn mịn, có cường độ chịu kéo cao, dễ thi cơng Tuy vậy, nay, mức độ ứng dụng kỹ thuật gia cường sử dụng FRP vào thực tế xây dựng khiêm tốn Một nguyên nhân cho hiểu biết dạng kết cấu chưa thật đầy đủ mặt phương pháp luận qui trình tính tốn cụ thể Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng cường độ bê tông đến ứng xử cột bê tông cốt thép gia cường CFRP chịu nén lệch tâm phương, tập trung vào ba mục tiêu cụ thể sau: (1) Khảo sát thực nghiệm ảnh hưởng cường độ bê tông đến hiệu gia cường CFRP gia cường dán dọc bó hơng cho cột bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm phương; (2) Phân tích đánh giá mức độ xác cơng thức dự đốn khả chịu lực cột BTCT gia cường CFRP tiêu chuẩn hành cho trường hợp cột chịu nén lệch tâm phương dựa liệu thực nghiệm từ đề tài số nghiên cứu trước đây; (3) Đề xuất hiệu chỉnh cho quy trình tính toán khả chịu lực cột gia cường sử dụng CFRP dán dọc bó hơng tiêu chuẩn ACI 440.2R (2017), xét đến ảnh hưởng tương tác cường độ bê tông biến dạng hiệu CFRP nhằm giúp cho việc dự đốn hợp lý xác Tóm tắt đọng nội dung đóng góp tác giả Để thực mục tiêu trên, số nội dung nghiên cứu chủ yếu triển khai sau:  Nghiên cứu phân tích tổng quan đề tài nghiên cứu thực có liên quan đến nội dung đề tài nghiên cứu;  Xây dựng chương trình thực nghiệm 25 mẫu cột có kích thước 200x200x800mm chia làm nhóm, với cách gia cường khác Mỗi nhóm gồm mẫu cột với độ lệch tâm khác 0mm, 25mm 50mm, loại cường độ (25, 40, 60MPa), cụ thể: - Nhóm 1(mẫu đối chứng, không gia cường kháng uốn kháng nở hông): gồm mẫu với độ lệch (0mm, 25mm, 50mm) loại cường độ (fc =25, 40, 60MPa) khác - Nhóm (gia cường lớp kháng uốn) gồm mẫu : mẫu fc = 25MPa với độ lệch tâm (0mm, 50mm); mẫu fc = 40MPa với độ lệch tâm (0mm, 50mm) mẫu fc = 60MPa với độ lệch tâm (0mm, 50mm) - Nhóm (gia cường lớp kháng uốn lớp bó hơng tồn cột) gồm mẫu fc = 40MPa với độ lệch tâm (0mm, 25mm, 50mm) - Nhóm (gia cường lớp kháng uốn lớp bó hơng quấn cách qng) gồm mẫu tương tự nhóm  Triển khai thực nghiệm ghi nhận thông số gồm khả chịu lực dọc trục, chuyển vị dọc trụ chuyển vị ngang mẫu cột thực nghiệm; biến dạng CFRP gia cường bó hơng dán dọc, cốt thép dọc, cốt đai, bê tông; Thiết lập quan hệ tải trọng, chuyển vị biến dạng; phân tích kết thực nghiệm;  Phân tích hình thái vết nứt kiểu phá hoại mẫu cột thực nghiệm;  Phân tích khả chịu lực, chuyển vị mẫu cột; đánh giá lượng hóa ảnh hưởng cường độ bê tông đến thông số này;  Phân tích ứng xử CFRP gia cường bó hơng dán dọc; đánh giá ảnh hưởng cường độ bê tông đến biến dạng hiệu CFRP gia cường dán dọc bó hơng;  Phân tích biến dạng bê tơng cốt đai biến thiên chúng theo thay đổi cấu hình gia cường CFRP cường độ bê tông mẫu cột thực nghiệm;  Phân tích đánh giá mức độ xác cơng thức dự đốn khả chịu lực cột BTCT gia cường CFRP tiêu chuẩn hành cho trường hợp cột chịu nén lệch tâm phương dựa liệu thực nghiệm từ đề tài số nghiên cứu trước đây;  Đề xuất hiệu chỉnh, xét đến ảnh hưởng tương tác cường độ bê tông biến dạng hiệu CFRP nhằm giúp cho việc dự đốn hợp lý xác Phƣơng pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng phương nghiên thực nghiệm Kết luận Từ kết đạt bổ sung thêm sở khoa học thực tiễn để dự báo khả chịu lực cột chịu nén lệch tâm, đề xuất phương pháp tính xây dựng mơ hình tính để phù hợp so với thực tiễn ABSTRACT Topic: Effect of concrete strength on eccentric - compressive behavior of reinforced concrete columns strengthened by CFRP sheets Author: Tong Nguyen Thanh Binh, Course: K3 Instructor: Assoc Prof Dr.Eng Nguyen Minh Long Preamble In the structural system of buildings, columns are the important structural members, simultaneously receiving all vertical loads from floor, beam and horizontal loads Currently, after a long time of usage, a series of civil structures and bridges have been showing the signs of degradation In the context the construction of new facilities which is to replace the degraded ones requires a huge capital and actually expensive; the repair or upgrade to extend their lifespan, in which the strengthening of the main bearing members such as the columns have been particularly interested in In addition to the conventional techniques such as the application of steel plates to the structural surfaces, increase of the cross-sectional size of the structure by adding a concrete coat, or creating the useful stress by the post-tensioning method; recently, the technique of "composite epoxy - fiber" (Fiber Reinforced Polymers - FRP) has been emerged as an effective solution which thanks to the outstanding features such as light weight, free from corrosion, high tensile strength, easy construction However, until now, the application of reinforcement techniques with FRP sheets in the actual construction has still been quite modest One of the main reasons is that the understanding of this type of structure has not been fully in terms of methodology as well as specific calculation process Purpose, objects and scope of thesis The thesis focuses on the effect of concrete strength on eccentric - compressive behavior of reinfforced concrete columns strengthened by CFRP sheets, including three specific objectives: (1) Experimental survey of the effect of the concrete strength on the reinforcement efficiency of CFRP sheets on vertical reinforcement and side bundles for reinforced concrete columns under the one-sided eccentric axial load; (2) Analysis and evaluation of the accuracy of the formulas of estimated reinforced concrete columns with Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) sheets in the current standards applied to the columns under the one-sided eccentric axial load on experimental data from this topic and some previous studies; and (3) Recommendation of an adjustment for the calculation of load bearing of the reinforced columns with CFRP sheets on vertical reinforcement and side binding in standard ACI 440.2R (2017), in which it is considered interaction between the concrete strength and deformation effiency of CFRP sheets in order to support the more reasonable and accurate prediction Brief of main contents and new contributions of the author To realize such objectives, some main contents of the study shall be executed as follows:  Research and analyze an overview of the topics that have been completed in relation to the content of the topic under the study;  Develop an experimental program on 25 samples of 200x200x800mm divided into groups, at different ways of reinforcement Each group consists of samples with different eccentricities, 0mm, 25mm and 50mm, and types of strength (25, 40, 60MPa), specifically: - Group (Control sample, no resistance to bending and side binding): including samples with different eccentricities (0mm, 25mm, 50mm) and types of strength (fc =25, 40, 60MPa) - Group (reinforcement, layer of resistence to bending) including samples: samples fc = 25MPa with eccentricities (0mm, 50mm); samples fc = 40MPa with eccentricities (0mm, 50mm) and samples fc = 60MPa with eccentricities (0mm, 50mm) - Group (reinforcement, layers of resistence to bending and layer of side binding of the whole column) including samples fc = 40MPa with eccentricities (0mm, 25mm, 50mm) - Group (reinforcement, layers of resistence to bending and layer of side binding with distance) including samples similar to group  Experimental development of recognizing the parameters including axial load bearing capacity, cylindrical displacement and horizontal displacement of experimental samples; deformation of CFRP sheets under side binding and longitudinal application, of vertical reinforcing, and of concrete; Establish the relationships between load, displacement and deformation; analyze the experimental results;  Analyze the morpholoty of crack and destructive patterns of experimental samples;  Analyze the load bearing capacity and displacement of samples; assess and quantify the effect of concrete strength on such parameters;  Analyze the behavior of CFRP sheets under side binding and longitudinal application; assess the effect of the concrete strength on the effective deformation of CFRP sheets under side binding and longitudinal application;  Analyze the deformation of concrete and reinforcement and their variation according to the change of reinforcement configuration of CFRP sheets and the concrete strength of the experimental sample;  Analyze and evaluate the accuracy of the predictability formulas of load bearing capacity of the reinforced concrete columns with the CFRP sheets in the current standards applied to column under the one-sided eccentric axial load based on the experimental data from this topic and some previous studies;  Recommend the correction, which takes into account the interaction between the concrete strength and the effective deformation of CFRP sheets to make the more reasonable and accurate predictions Research method The thesis applies the experimental research methods Conclusion From the achieved results, add the scientific and practical basis to predict the load bearing capacity of the column under the eccentric axial load, recommend the calculation method as well as establish the more actually suitable calculation model i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC KÝ HIỆU viii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮC x CHƢƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2.1 Sơ lƣợc lịch sử phát triển đặc tính kỹ thuật lƣới sợi FRP .3 2.1.1 Sơ lƣợc lịch sử phát triển 2.1.2 Tính chất lƣới sợi carbon (CFRP) 2.1.3 Tính chất của keo kết dính 2.2 Tổng quan nghiên cứu ứng xử cột BTCT gia cƣờng kháng uốn kháng nở hông vật liệu CFRP 2.2.1 Tình hình nghiên cứu giới .6 2.3 Mục tiêu nghiên cứu .10 2.4 Ý nghĩa nghiên cứu 10 2.4.1 Ý nghĩa khoa học 10 2.4.2 Ý nghĩa thực tiễn 11 2.5 Nội dung nghiên cứu .11 2.6 Phƣơng pháp nghiên cứu 12 CHƢƠNG 3: CHƢƠNG TRÌNH THỰC NGHIỆM 13 3.1 Vật liệu 13 3.1.1 Bê tông .13 3.1.2 Cốt thép 15 3.1.3 Vải sợi carbon keo kết dính 15 3.2 Mẫu cột thí nghiệm 16 3.3 Thiết bị tạo độ lệch tâm 18 3.4 Q trình đúc mẫu thí nghiệm 19 3.4.1 Công tác ván khuôn lắp đặt cốp pha 19 ii 3.4.2 Gia công cốt thép lắp cảm biến đo biến dạng thép 20 3.4.3 Đổ bê tông công tác bảo dƣỡng 20 3.4.4 Công tác gia cƣờng mẫu cột CFRP 21 3.5 Bố trí thiết bị đo sơ đồ thí nghiệm .24 3.5.1 Bố trí thiết bị đo biến dạng thép đai thép dọc 24 3.5.2 Bố trí thiết bị đo biến dạng bê tông 24 3.5.3 Bố trí thiết bị đo biến dạng CFRP .25 3.5.4 Sơ đồ bố trí thiết bị đo chuyển vị đứng nở hơng 26 3.6 Quy trình thí nghiệm .26 3.6.1 Thiết bị thí nghiệm 26 3.6.2 Quy trình gia tải 27 CHƢƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM .29 4.1 Kết thí nghiệm 29 4.2 Hình thái vết nứt kiểu phá hoại mẫu 33 4.2.1 Mẫu không gia cƣờng .33 4.2.2 Mẫu gia cƣờng 35 4.3 Ứng xử mẫu cột thí nghiệm .38 4.3.1 Quan hệ lực – chuyển vị dọc trục .38 4.3.2 Quan hệ lực - chuyển vị nở hông .41 4.3.3 Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến chuyển vị cột .44 4.3.4 Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến chuyển vị cột độ lệch tâm thay đổi .48 4.3.5 Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến chuyển vị cột .53 4.3.6 Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến khả chịu nén cột độ lệch tâm thay đổi 56 4.3.7 Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến khả chịu nén cột 58 4.3.8 Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến khả chịu nén cột .60 4.4 Quan hệ lực - biến dạng CFRP 62 4.4.1 Tấm CFRP bó hơng 62 4.4.2 Biến dạng CFRP dán dọc chịu kéo .67 4.5 Quan hệ lực - biến dạng nén dọc trục bê tông 72 iii 4.5.1 Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng dọc bê tông 75 4.5.2 Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng dọc bê tơng .77 4.5.3 Tính tƣơng tác thơng số có ảnh hƣởng đến ứng xử nén cột gia cƣờng CFRP 79 4.5.4 Tƣơng tác CFRP bó hơng cốt đai 79 4.5.5 Tƣơng tác CFRP dán dọc cốt dọc 80 4.5.6 Tƣơng tác dán dọc bó hơng 82 4.6 Hiệu gia cƣờng CFRP 83 4.6.1 Cải thiện khả chịu lực bê tông 83 4.6.2 Khả biến dạng mẫu cột .84 4.6.3 Biến dạng CFRP 86 4.6.4 Hiệu gia cƣờng CFRP ảnh hƣởng biến dạng cốt dọc cốt đai .89 CHƢƠNG 5: KIỂM CHỨNG CÔNG THỨC 94 5.1 Cơ sở lý thuyết 94 5.1.1 Cột chịu nén tâm 94 5.1.2 Cột bê tơng cốt thép gia cƣờng bó hơng CFRP chịu nén lệch tâm 98 5.2 Kết kiểm chứng nhận xét 100 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .109 6.1 Kết luận 109 6.2 Kiến nghị .111 CHƢƠNG 7: TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 CHƢƠNG 8: PHỤ LỤC TÍNH TỐN KHẢ NĂNG KHÁNG NÉN CỦA CỘT THEO TIÊU CHUẨN ACI 440.2R-17 115 iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Tính chất lý vật liệu CFRP (theo ACI 440.2R, 2017) .5 Bảng 4.1: Cấp phối bê tông cƣờng độ chịu nén 25MPa 13 Bảng 4.2: Cấp phối bê tông cƣờng độ chịu nén 40MPa 13 Bảng 4.3: Cấp phối bê tông cƣờng độ chịu nén 40MPa 14 Bảng 4.4: Tổng hợp kết thí nghiệm nén mẫu bê tơng 14 Bảng 4.5: Tổng hợp kết thí nghiệm kéo mẫu thép 15 Bảng 4.6: Các đặc trƣng học vải sợi carbon keo 15 Bảng 4.7: Thống kê mẫu thí nghiệm (Kích thước mẫu: 200mm x 200mm x 800mm) 17 Bảng 5.1: Tổng hợp kết thực 30 Bảng 6.1: Tổng hợp kết tính khả kháng nén cột BTCT đƣợc gia cƣờng kháng nở hông CFRP 102 Bảng 6.2: Tổng hợp kết tính khả kháng nén cột BTCT không gia cƣờng kháng nở hông CFRP 103 Bảng 6.3: So sánh suy giảm khả chịu nén mẫu cột không gia cƣờng gia cƣờng độ lệch tâm thay đổi theo tiêu chuẩn theo thực nghiệm 108 Bảng 9.1: Bảng tính khả kháng nén cột gia cƣờng CFRP bó hơng điểm A 115 Bảng 9.2: Bảng tính khả kháng nén cột gia cƣờng CFRP bó hơng điểm B 118 Bảng 9.3: Bảng tính khả kháng nén cột gia cƣờng CFRP bó hông điểm C 122 Bảng 9.4: Bảng tính khả kháng nén cột gia cƣờng CFRP bó hơng điểm A 128 Bảng 9.5: Bảng tính khả kháng nén cột gia cƣờng CFRP bó hơng điểm B 131 Bảng 9.6: Bảng tính khả kháng nén cột gia cƣờng CFRP bó hơng 136 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Một số dạng sản phẩm lƣới sợi carbon Hình 2.2: Khả tự thẩm thấu keo Epoxy Hình 4.1: Cấu tạo cốt thép mẫu cột thí nghiệm 16 Hình 4.2 :Cơ cấu truyền tải, (a) – mặt bằng; (b) – mặt cắt A-A .18 Hình 4.3: Thiết bị tạo độ lệch tâm: (a) bi tạo độ lệch tâm; (b) đầu chụp; (c) lắp đặt mẫu cột với độ lệch tâm 50mm .18 Hình 4.4: Cơng tác ván khn 19 Hình 4.5: Công tác cốt thép .20 Hình 4.6: Cơng tác đổ bê tông đầm dùi 20 Hình 4.7: Cơng tác bảo dƣỡng bê tông 21 Hình 4.8: Cơng tác mài cột để chuẩn bị dán cảm biến bê tông dán CFRP 22 Hình 4.9: Cơng tác chuẩn bị dán CFRP 23 Hình 4.10: Sơ đồ lắp đặt cảm biến thép 24 Hình 4.11: Sơ đồ lắp đặt cảm biến đo biến dạng bê tông 25 Hình 4.12: Sơ đồ lắp đặt cảm biến đo biến dạng CFRP .25 Hình 4.13: Sơ đồ bố trí chuyển vị kế đo chuyển vị hông chuyển vị đứng 26 Hình 4.14: Q trình tiến hành thí nghiệm nén lệch tâm mẫu cột 28 Hình 5.1: Nhóm mẫu nén tâm khơng gia cƣờng 34 Hình 5.2: Nhóm mẫu khơng gia cƣờng, nén lệch tâm 25mm 34 Hình 5.3: Nhóm mẫu khơng gia cƣờng, nén lệch tâm 50mm 34 Hình 5.4: Nhóm mẫu gia cƣờng hai lớp dán dọc nén tâm 35 Hình 5.5: Nhóm mẫu gia cƣờng hai lớp dán dọc nén lệch tâm 50mm .35 Hình 5.6: Cột có fc = 49MPa, gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục .37 Hình 5.7: Cột có fc = 28MPa, gia cƣờng lớp dán dọc+1 lớp bó hơng cách qng 37 Hình 5.8: Cột có fc = 49MPa, gia cƣờng lớp dán dọc+1 lớp bó hơng cách qng 37 Hình 5.9: Cột có fc = 61MPa, gia cƣờng lớp dán dọc+1 lớp bó hơng cách qng 38 Hình 5.10: Quan hệ lực - chuyển vị dọc trục cột với độ lệch tâm e khác 39 Hình 5.11: Quan hệ lực – chuyển vị nở hơng cột với độ lệch tâm khác 42 Hình 5.12: Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến chuyển vị dọc trục cột 45 vi Hình 5.13: Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến chuyển vị nở hơng cột .48 Hình 5.14: Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến chuyển vị dọc trục cột 50 Hình 5.15: Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến chuyển vị nở hông cột .52 Hình 5.16: Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến chuyển vị dọc trục cột .54 Hình 5.17: Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến chuyển vị nở hơng cột .55 Hình 5.18: Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến khả chịu nén cột 58 Hình 5.19: Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến khả chịu nén cột 59 Hình 5.20: Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến khả chịu nén cột 62 Hình 5.21: Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng CFRP bó hơng .63 Hình 5.22: Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng CFRP bó hơng có độ lệch tâm .64 Hình 5.23: Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng bó hơng CFRP 64 Hình 5.24: Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tơng đến biến dạng bó hơng CFRP 66 Hình 5.25: Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tơng đến biến dạng bó hơng CFRP độ lệch tâm thay đổi 66 Hình 5.26: Quan hệ lực - biến dạng CFRP dán dọc cột chịu nén lệch tâm 50mm với cách gia cƣờng khác 68 Hình 5.27: Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tơng đến biến dạng dọc CFRP nhóm mẫu lệch tâm 50mm 69 Hình 5.28: Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng CFRP dán dọc nhóm mẫu nén lệch tâm 50mm .70 Hình 5.29: Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến biến dạng CFRP dán dọc .71 Hình 5.30: Quan hệ lực - biến dạng dọc bê tơng nhóm mẫu khơng gia cƣờng, gia cƣờng lớp dán dọc gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách quãng .74 Hình 5.31: Quan hệ lực - biến dạng dọc bê tơng nhóm mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa, 49MPa, 61MPa 75 Hình 5.32: Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng bê tông 77 Hình 5.33: Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng dọc bê tơng 77 Hình 5.34: Tƣơng tác CFRP bó hơng cốt đai nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng .79 vii Hình 5.35: Tƣơng tác CFRP bó hơng cốt đai nhóm mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa tƣơng ứng 80 Hình 5.36: Tƣơng tác dán dọc cốt dọc 81 Hình 5.37: Quan hệ lực – biến dạng CFRP dán dọc biến dạng thép dọc 82 Hình 5.38: Tƣơng tác dán dọc bó hơng nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng ứng với độ lệch tâm 50mm 83 Hình 5.39: Hiệu gia cƣờng CFRP ảnh hƣởng đến cƣờng độ bê tông 83 Hình 5.40: Hiệu gia cƣờng CFRP ảnh hƣởng đến khả biến dạng dọc 84 Hình 5.41: Hiệu gia cƣờng CFRP ảnh hƣởng biến dạng ngang 86 Hình 5.42:Hiệu gia cƣờng dán dọc CFRP ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông 87 Hình 5.43:Hiệu gia cƣờng dán ngang CFRP ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông 88 Hình 5.44: Hiệu gia cƣờng CFRP ảnh hƣởng biến dạng cốt dọc 90 Hình 5.45: Hiệu gia cƣờng CFRP ảnh hƣởng biến dạng cốt đai 91 Hình 5.46: Hiệu gia cƣờng CFRP ảnh hƣởng biến dạng bê tơng 93 Hình 6.1: Mơ hình ứng suất - biến dạng bê tông gia cƣờng bó hơng CFRP (Lam Teng 2003) .94 Hình 6.2: Tác động ứng suất nở hơng lên CFRP tiết diện trịn 95 Hình 6.3: Mặt cắt ngang tròn tƣơng đƣơng (Lam Teng 2003) 96 Hình 6.4: Biều đồ tƣơng tác 98 Hình 6.5: Phân bố biến dạng cho điểm B điểm C 99 Hình 6.6: Một số biểu đồ tƣơng tác điển hình 104 Hình 6.7: So sánh khả chịu nén mẫu cột gia cƣờng tính tốn từ tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 với kết thực nghiệm 106 Hình 6.8: So sánh khả chịu nén mẫu cột không gia cƣờng (ứng với cƣờng độ bê tơng f’c=22.4; 39.2; 48.8MPa) tính tốn từ tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 với kết thí nghiệm 107 viii Hình 6.9: So sánh khả chịu nén mẫu cột không gia cƣờng (ứng với độ lệch tâm thay đổi 0, 25, 50mm) tính tốn từ tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 với kết thí nghiệm 107 DANH MỤC KÍ HIỆU Ac: Diện tích phần tiết diện bê tơng cột (mm2) Ae: Diện tích chịu nén hiệu tiết diện cột (mm2) Ag: Diện tích tiết diện cột (mm2) Ast: Tổng diện tích tiết diện thép chịu lực dọc cột (mm2) b: Chiều rộng tiết diện cột (mm) D: Chiều dài đƣờng chéo tiết diện cột (mm) Ef: Mô đun đàn hồi chịu kéo CFRP (MPa) fl: Ứng suất bó hơng lớp CFRP gia cƣờng tạo (MPa) fy: Giới hạn chảy dẻo thép dọc (MPa) f’c: Cƣờng độ chịu nén bê tông (MPa) f’cc: Cƣờng độ chịu nén bê tơng chịu bó hơng (MPa) f*fu: Cƣờng độ chịu kéo vật liệu CFRP gia cƣờng (MPa) h: Chiều dài tiết diện cột n: Số lớp CFRP gia cƣờng (mm) nd: Số lớp gia cƣờng dán dọc nn: Số lớp gia cƣờng bó hơng Pun : Khả kháng nén tối đa cột (kN) Pu: Tải trọng cực hạn mẫu (kN) Pu,exp: Khả chịu nén mẫu cột thí nghiện (kN) Pu,ACI : Khả chịu nén mẫu cột tính theo ACI 440.2R (2017) (kN) rc: Bán kính góc bo tiết diện cột (mm) tf: Chiều dày lƣới sợi CFRP gia cƣờng (mm)  f: Biến dạng CFRP e: Độ lệch tâm (mm/mm) (mm) ix fc: Cƣờng độ bê tông mẫu thí nghiệm (MPa) u,v: Chuyển vị dọc trục cực hạn mẫu (mm) u,h: Chuyển vị nở hông cực hạn mẫu (mm) cu: Biến dạng cực hạn bê tông CFRP,v1, CFRP,v2, CFRP,v3 : lần lƣợt biến dạng cực hạn CFRP dán dọc vị trí đầu, chân cột CFRP,h1, CFRP,h2, CFRP,h3 : lần lƣợt biến dạng cực hạn CFRP quấn ngang vị trí đầu, chân cột st1, st2, st3, st4, st5 : lần lƣợt biến dạng cực hạn thép dọc vị trí mặt cắt ngang cột mẫu sw1, sw2 : lần lƣợt biến dạng cực hạn thép đai vị trí mặt cắt ngang chân cột fe: Biến dạng hiệu CFRP (mm/mm) *fu: Biến dạng giới hạn CFRP (mm/mm) ccu : Biến dạng cực hạn bê tông đƣợc bó hơng  ’ t: Biến dạng chuyển tiếp mơ hình ứng suất – biến dạng cho bê tơng đƣợc bó hơng FRP si: Biến dạng lớp thép thứ i a: Hệ số hiệu gia cƣờng CFRP, xác định theo ACI 440.2R (2017) b: Hệ số hiệu gia cƣờng CFRP, xác định theo ACI 440.2R (2017) : Hệ số biến dạng hữu hiệu, = 0.55 theo ACI 440.2R (2017) g: Hàm lƣợng thép dọc f: Hệ số giảm cƣờng độ CFRP, = 0,95 cho trƣờng hợp bó tồn chu vi tiết diện mặt cắt cột sf: Khoảng cách trục bó hông wf: Bề rộng sợi cacbon CFRP x DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Mean : Giá trị trung bình; COV : Hệ số biến thiên, = STDEV/Mean, với STDEV độ lêch chuẩn CFRP: Vật liệu lƣới sợi carbon dùng để gia cƣờng kháng nở hông cột BTCT: Bê tơng cốt thép N1: Nhóm khơng gia cƣờng N2: Nhóm gia cƣờng lớp dán dọc N3: Nhóm gia cƣờng lớp dán dọc – lớp quấn ngang toàn cột N4: Nhóm gia cƣờng lớp dán dọc – lớp quấn ngang cách qng M1: Bê tơng có cƣờng độ fc=28MPa; M2: Bê tơng có cƣờng độ fc=49MPa; M3: Bê tơng có cƣờng độ fc=61MPa CHƢƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ Trong hệ kết cấu khung công trình, cột phận quan trọng, tiếp nhận đồng thời toàn tải trọng đứng từ cấu kiện sàn, dầm tải trọng ngang (gió…) Hiện nay, sau thời gian dài sử dụng, hàng loạt cơng trình xây dựng (dân dụng giao thơng) có dấu hiệu xuống cấp Trong bối cảnh việc xây để thay cơng trình địi hỏi cần có nguồn vốn lớn thật tốn kém;việc sửa chữa nâng cấp nhằm kéo dài thời gian sử dụng chúng, vấn đề gia cƣờng gia cố kết cấu chịu lực nhƣ cột đƣợc đặc biệt quan tâm Bên cạnh công tác gia cƣờng sử dụng vật liệu kỹ thuật truyền thống nhƣ dán thép lên bề mặt kết cấu, tăng kích thƣớc tiết diện kết cấu cách phủ thêm lớp áo bê tơng, tạo thêm ứng suất có lợi phƣơng pháp căng sau, gần đây, kỹ thuật dùng vật liệu “composite epoxy - sợi” (Fiber Reinforced Polymers - FRP) lên nhƣ giải pháp hiệu nhờ vào đặc tính bật nhƣ khối lƣợng riêng nhẹ, khơng bị ăn mịn, có cƣờng độ chịu kéo cao, dễ thi công Tuy vậy, nay, mức độ ứng dụng kỹ thuật gia cƣờng sử dụng FRP vào thực tế xây dựng khiêm tốn Một nguyên nhân đƣợc cho hiểu biết dạng kết cấu chƣa đƣợc thật đầy đủ mặt phƣơng pháp luận nhƣ qui trình tính tốn cụ thể (Pellegrino Sena-Cruz, 2016) Tấm FRP gia cƣờng bó hơng cho thấy hiệu cao việc gia tăng khả chịu nén, biến dạng dọc trục nở hông, mức độ hấp thu lƣợng độ dẻo dai cột bê tông bê tông cốt thép (BTCT) chịu nén tâm (Saadatmanesh cộng sự, 1994; Matthyss cộng sự, 2006; Wu cộng 2009; Toutanji cộng sự, 2010; Luca cộng sự, 2011; Herwig and Motavalli, 2012; Abdelrahman and El-Hacha, 2012; Wang cộng sự, 2012; Pham Hadi, 2013; Parvin and Brighton, 2014; Taghreed cộng sự, 2015) Trong thực tế, cột cơng trình đa phần chịu nén lệch tâm ứng xử cột chịu nén lệch tâm có khác biệt lớn so với nén tâm Hiện tƣợng biến dạng không FRP gia cƣờng ứng xử nén lệch tâm cột làm giảm đáng kể hiệu gia cƣờng kháng nở hông CFRP so với trƣờng hợp cột nén tâm (Parvin vàWang, 2001) Một số nghiên cứu khácvềứng xử nén lệch tâm phƣơng cột bê tông BTCT gia cƣờng CFRP theo dạng bó hơng dán dọc nhƣ Mirmiran cộng (1998),Li Hadi (2003), Hadi (2005, 2006, 2007, 2009), ElMaaddawy (2009); Sadeghian cộng (2010), Hadi Widiarsa (2012), Song cộng (2013), Gajdosova Bilcik(2013) cho thấycác yếu tố nhƣ cƣờng độ bê tơng, hình dạng kích thƣớc tiết diện cột, tỉ lệ mơ hình mẫu thí nghiệm, hàm lƣợng cốt đai, số lớp FRP gia cƣờng bó hơng dán dọc, kiểu gia cƣờng bó hơng tồn phần hay bán phần, góc sợi gia cƣờng, độ mảnh mẫu cột có ảnh hƣởng đáng kể đến ứng xử học cột gia cƣờng CFRP bó hơng dán dọc Các nghiên cứu nhận xét CFRP bó hơng làm tăng hiệu gia cƣờng kháng uốn CFRP dán dọc, nhiên, thời điểm tại, vấn đề lƣợng hóa ảnh hƣởng chƣa thấy đề cập nghiên cứu vừa nêu Ngoài ra, vấn đề ảnh hƣởng tƣơng tác cốt thép dọc, cƣờng độ bê tông FRP gia cƣờng dán dọc đến hiệu gia cƣờng FRP nhƣ ứng xử học cột BTCT gia cƣờng bó hơng dán dọc CFRP chƣa đƣợc trình bày tƣờng minh Đề tài nghiên cứu ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến ứng xử cột bê tông cốt thép gia cƣờng CFRP chịu nén lệch tâm phƣơng Chƣơng trình thực nghiệm đƣợc thực 25 mẫu cột có kích thƣớc 200 x 200 x 800 mm Mục tiêu đề tài gồm: (1) Khảo sát thực nghiệm ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến hiệu gia cƣờng CFRP gia cƣờng dán dọc bó hơng cho cột bê tông cốt thép chịu nén lệch tâm phƣơng; (2) Phân tích đánh giá mức độ xác cơng thức dự đốn khả chịu lực cột BTCT gia cƣờng CFRP tiêu chuẩn hành cho trƣờng hợp cột chịu nén lệch tâm phƣơng dựa liệu thực nghiệm từ đề tài số nghiên cứu trƣớc đây; (3) Đề xuất hiệu chỉnh cho quy trình tính tốn khả chịu lực cột đƣợc gia cƣờng dùng CFRP dán dọc bó hơng tiêu chuẩn ACI 440.2R (2017), xét đến ảnh hƣởng tƣơng tác cƣờng độ bê tông biến dạng hiệu CFRP nhằm giúp cho việc xuất phƣơng pháp tính nhƣ xây dựng mơ hình tính đƣợc phù hợp so với thực tiễn 3 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2.1 Sơ lƣợc lịch sử phát triển đặc tính kỹ thuật lƣới sợi FRP 2.1.1 Sơ lƣợc lịch sử phát triển Vật liệu gia cƣờng FRP đƣợc giới thiệu lần đầu vào thập niên 50 (Bank, 2006), vật liệu đƣợc cấu tạo từ thành phần chất kết dính sợi Chất kết dính đƣợc làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau, phổ biến nhựa polymer Sợi thành phần chủ yếu tạo nên đặc tính lý cho FRP, sợi đƣợc làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau, phổ biến từ thủy tinh (glass fibers), aramid (aramid fibers) carbon (carbon fibers) Đặc tính loại sợi có cƣờng độ chịu kéo cao, mô đun đàn hồi lớn, trọng lƣợng nhỏ, khả chống mài mòn cao, cách điện, chịu nhiệt tốt, bền theo thời gian …Tùy vào loại sợi đƣợc sử dụng mà vật liệu FRP đƣợc phân loại có tên gọi tƣơng ứng khác GFRP, AFRP CFRP (viết tắt chữ tiếng Anh Carbon Fiber Reinforced Polymer Carbon Fiber Reinforced Plastic) Sợi cacbon thị trƣờng thƣờng có đƣờng kính - 10μm đƣợc cấu tạo từ khoảng 30.000 sợi đơn Sản phẩm đƣợc sản xuất chủ yếu số công ty nhƣ Toray, Toho Rayon Mitsubishi Rayon Nhật; Hexcel, Zoltek, Aldila, Hughes Brothers, Strongwell FyfeCo Mỹ; SGL Đức; Tai-Quang Hàn Quốc; Formosa Đài Loan-Trung Quốc; Clever Reinforcement AG, Sika Thụy Sĩ; S&P Áo; số cơng ty khác nắm đƣợc kỹ thuật công nghệ để sản xuất sợi cacbon Theo nhu cầu sử dụng khác nhau, nhà sản xuất tạo thành bán thành phẩm sản phẩm định hình dƣới dạng cuộn sợi, dạng thanh, lƣới (vải) sợi dệt sẵn Đối với lƣới sợi carbon có dạng phổ biến là: dệt trơn; dệt chéo; trơn mịn sọc đơn (Hình 2.1) 4 Hình 2.1: Một số dạng sản phẩm lƣới sợi carbon Việc sử dụng vật liệu FRP để gia cƣờng kết cấu bê tông đƣợc triển khai thực cuối năm 1980 châu Âu (đặc biệt Thụy Sĩ) Nhật Bản Một thời gian sau đƣợc nghiên cứu ứng dụng Hoa Kỳ Canada Ban đầu, việc nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc gia cƣờng cho kết cấu chịu uốn bê tông gỗ Tiếp theo nối nghiên cứu sử dụng loại vải FRP để phục hồi cột bê tông ; đặc biệt trụ cầu đƣờng cao tốc chịu tải trọng ngang động đất Gia cƣờng chống cắt vật liệu FRP cho dầm bê tông đƣợc nghiên cứu từ năm đầu thập niên 1990 đƣợc ứng dụng nhiều kết cấu bê tông, đặc biệt kết cấu bê tông dự ứng lực dầm chữ T (Bank, 2006) Việc kết dính tấm, vải gia cƣờng FRP lên bề mặt kết cấu dầm bê tông chịu uốn đƣợc nghiên cứu ứng dụng Thụy Sĩ vào cuối năm 1980 Meier đồng nghiệp Trung tâm EMPA (1995) Vải sợi FRP đƣợc sử dụng hàng trăm tòa nhà, cầu ống khói châu Âu (Taerwe Matthys, 1999) Kể từ năm 1990, sau dùng cho kết cấu ứng lực vật liệuFRP đƣợc thƣơng mại hóa, hàng trăm dự án nghiên cứu hàng ngàn ứng dụng FRP để gia cƣờng cho kết cấu chịu tải trọng tĩnh động (tải trọng xe cộ, gió) đƣợc thực tồn giới (Bank, 2006) 2.1.2 Tính chất lƣới sợi carbon (CFRP) Các loại lƣới sợi cacbon có đặc điểm chung có độ bền cao, dễ uốn theo hình dạng bất kỳ, trơ mặt hóa học nên khơng chịu tác động mơi trƣờng xâm thực Cƣờng độ chịu kéo độ dẻo dai phụ thuộc vào kiểu sợi, hƣớng sợi chất lƣợi sợi Các tính chất vật liệu đƣợc thể Bảng 2.1 dƣới Bảng 2.1: Tính chất lý vật liệu CFRP (theo ACI 440.2R, 2017) Tính chất lý Khối lƣợng riêng (tấn/m3) Giá trị 1,5 - 1,6 Hệ số giãn nở nhiệt Theo chiều dọc (x106/ oC) (-1) - Theo chiều ngang (x106/ oC) 22 - 50 Tính chất học Mô đun đàn hồi nhỏ (GPa) Cƣờng độ chịu kéo (MPa) Biến dạng nhỏ (%) 100 - 1040 2.050 - 6.200 0,2 – 1,5 2.1.3 Tính chất của keo kết dính Chất kết dính sợi carbon tấm, sợi carbon với bê tông gồm có keo epoxy, polyester, vynil-ester,trong đó, sử dụng phổ biến keo epoxy, keo dán có đặc tính nhƣ:  Có khả tự thẩm thấm xuyên qua lỗ siêu nhỏ bê tông, nhằm tạo liên kết gắn vật liệu gia cƣờng bê tơng (Hình 2.2);  Thẩm thấu sâu liên kết đồng sợi carbon;  Có độ nhớt thấp, nhằm đảm bảo thấm đồng thi công;  Keo dán bền với hầu hết mơi trƣờng xâm thực, có độ bám dính cao Hình 2.2: Khả tự thẩm thấu keo Epoxy 6 2.2 Tổng quan nghiên cứu ứng xử cột BTCT gia cƣờng kháng uốn kháng nở hơng vật liệu CFRP 2.2.1 Tình hình nghiên cứu giới Mirmiran cộng (1998) [1] nghiên cứu thực nghiệm ảnh hƣởng hình dạng tiết diện, chiều cao cột, liên kết bề mặt bê tông sợi FRP đến hiệu gia cƣờng bó hông FRP Để khảo sát ảnh hƣởng hình dạng tiết diện cột, 18 mẫu cột vng, kích thƣớc 152.5x152.5x305mm 49 mẫu cột trịn, kích thƣớc 152.5x305 mm Riêng ảnh hƣởng tỉ số chiều cao đƣờng kính cột L/D đƣợc thực nghiệm 36 mẫu cột trịn, đƣờng kính 152.5mm có tỉ số L/D thay đổi lần lƣợt 2:1, 3:1, 4:1, 5:1 Ảnh hƣởng liên kết bề mặt sợi CFRP bê tông đƣợc đánh giá tổng cộng 32 mẫu cột trịn kích thƣớc 152.5x305 mm với hai loại liên kết mặt: keo neo học Tất cột đƣợc gia cƣờng lần lƣợt 6, 10 14 lớp GFRP Tác giả đánh giáhiệu gia cƣờng GFRP qua số MCR hàm bán kính góc cƣờng độ GFRP Kết cho thấy hiệu gia cƣờng tiết diện vng thấp tiết diện trịn mẫu có giá trị MCR>15% Tỉ số độ mảnh cột từ 2:1 đến 5:1 không ảnh hƣởng đáng kể đến cƣờng độ nhƣ độ dẻo tiết diện Trong khi, liên kết dạng keo không ảnh hƣởng đến khả chịu lực cột gia cƣờng, nhƣng dạng học cải thiện đáng kể khả chịu lực tiết diện doứng suất kháng nở hông FRP gia cƣờng đƣợc phân bố đặn theo chu vi tiết diện cột Parvin and Wang (2001) [2] phân tích thực nghiệm ứng xử học cột vng gia cƣờng CFRP chịu nén lệch tâm Thí nghiệm đƣợc thực mẫu (108x108x305mm) với số lớp CFRP gia cƣờng bó hơng thay đổi (0,1, lớp) Các cột đƣợc nén lệch tâm với độ lệch tâm lần lƣợt là0, 7.6, 15.2mm Kết nghiên cứu cho thấy FRP làm tăng đáng kể cƣờng độ độ dẻo cột dƣới tải trọng lệch tâm, nhiên tƣợng biến dạng không CFRP (do ảnh hƣởng nén lệch tâm) làm giảm hiệu gia cƣờng Đối với cột vuông chịu nén lệch tâm, độ cứng củatấm CFRP thông số quan trọng Tấm CFRP phải đủ cứng để tạo nên hiệu ứng bó hơng cho cột Hiệu gia cƣờng CFRP tỉ lệ với độ cứng Ngồi ra, nhờ chế kiểm sốt tƣợng phình hơng, CFRP làm tăng đáng kể khả nở hông cột 7 Hadi (2006) [3] khảo sát ứng xử cột tròn đƣợc gia cƣờng CFRP bó hơng cột bê tơngchịu nén lệch tâm có khơng có cốt thép dọc cột Chƣơng trình thực nghiệm đƣợc dựa cột, kích thƣớc 150x1400mm; vị trí tác dụng lực, tiết diện cột đƣợc mở rộng phía để tạo độ lệch tâm cho cột Cột C1 đƣợc bố trí cốt thép dọc (6d10) không gia cƣờng CFRP Cột C2 đƣợc bố trí cốt thép dọc tƣơng tự cột C1và gia cƣờng bó hơng lớp CFRP; cột C3 khơng có cốt dọc đƣợc gia cƣờng bó hông lớp CFRP tƣơng tự cột C2 Cột C4 C5, tƣơng tự nhƣ cột C3, nhƣng đƣợc bố trí bó hơng lớp CFRP Cuối cùng, cột C6 đƣợc gia cƣờng lớp CFRP Kết cho thấy khả chịu lực, độ dẻo khả hấp thụ lƣợng cột đƣợc gia cƣờng bó hơng CFRP cao so với cột BTCT truyền thống tƣơng ứng Hadi (2007) [4] thực nghiệm mẫu cột tròn (d=205mm, h=925mm), chia làm nhóm mẫu khơng bố trí cột dọc cốt đai, đƣợc gia cƣờng bó hơng kháng uốn CFRP GFRP với độ lệch tâm = 50mm Mỗi nhóm mẫu gồm có mẫu không gia cƣờng dán dọc, mẫu gia cƣờng dán dọc lớp FRP mẫu gia cƣờng dán dọc lớp FRP; tất mẫu đƣợc gia cƣờng bó hơng lớp FRP Ngồi ra, cột với hình dạng kích thƣớc tƣơng tự đƣợc bố trí cốt dọc (6d12) cốt đai (d10s60) đƣợc sử dụng để đối chứng Nghiên cứu đƣa kết luận khả chịu lực độ dẻo cột đƣợc gia cƣờng CFRP hay GFRP tốt so với cột BTCT đối chứng Khả chịu lực cột đƣợc gia cƣờng GFRP tăng nhẹ so với cột đối chứng Mặc dù đƣợc thí nghiệm nén lệch tâm, ứng xử cột gia cƣờng CFRP tốt so với cột đối chứng cột gia cƣờng GFRP Maaddaway (2009) [5] khảo sát thực nghiệm ứng xử học cột gia cƣờng bó hơng CFRP chịu nén lệch tâm 12 cột vuông (125x125x1200mm) Các cột đƣợc mở rộng tiết diện vùng chịu tải với kích thƣớc 250x250mm nhằm tạo độ lệch tâm Tỉ số độ lệch tâm chiều cao tiết diện cột e/h thí nghiệm lần lƣợt 0.3, 0.43, 0.57 0.86 Thí nghiệm đƣợc chia làm nhóm: cột khơng gia cƣờng (UW); cột gia cƣờng tồn phần (full wrapping, FW); cột gia cƣờng bán phần (partial wrapping, PW) Kết cho thấy gia cƣờng lớp CFRP kiểu FW (toàn phần) làm tăng khả chịu tải cột lên 37% với e/h=0.3, làm tăng 3% với e/h=0.86 Mức độ gia tăng tỉ lệ nghịch với tỉ số độ lệch tâm Hiệu gia tăng khả chịu tải gia cƣờng kiểu PW (bán phần) thấp so với kiểu FW khoảng 5% Kiểu gia cƣờng FW làm tăng biến dạng chịu nén tới hạn bê tông từ 64 đến 124% so với cột không đƣợc gia cƣờng, kiểu gia cƣờng PW làm tăng thấp khoảng 12% so với kiểu FW Hadi (2009) [6] nghiên cứu ứng xử học cột BTCT cƣờng độ cao đƣợc gia cƣờng vật liệu CFRP chịu nén lệch tâm Nghiên cứu đƣợc thực 16 mẫu với 12 mẫu cột tiết diện tròn (h=925mm, d=205mm) mẫu dầm Thí nghiệm chia làm nhóm: nhóm gồm mẫu cột BTCT đối chứng; nhóm gồm mẫu cột BTCT đƣợc gia cƣờng bó hơng lớp CFRP; nhóm gồm mẫu BTCT đƣợc gia cƣờng thêm 1% sợi thép vào bê tông; nhóm gồm mẫu cột BTCT gia cƣờng thêm 1% sợi thép đồng thời đƣợc gia cƣờng bó hơngbằng lớp CFRP Các mẫu nhóm đƣợc thí nghiệm với độ lệch tâm lần lƣợt 0, 25, 50mm; mẫu cuối đƣợc thí nghiệm nhƣ mẫu dầm Kết cho thấy CFRP gia cƣờng bó hơnglàm tăng đáng kể khả chịu lực cột Sợi thép bổ sung vào mẫu cột làm tăng độ dẻo cột Thí nghiệm uốn điểm FRP làm tăng khả kháng uốn cột, giảm biến dạng nở hông Sợi thép không làm tăng khả chịu lực cột nhiều nhƣ CFRP nhƣng làm tăng mạnh độ dẻo cho cột Sadeghian cộng (2010) [7] phân tích thực nghiệm ứng xử học cột chữ nhật đƣợc gia cƣờng vật liệu CFRP chịu nén lệch tâm Chƣơng trình đƣợc thực mẫu cột (200x300x2700mm) có độ lệch tâm (200 300mm), số lớp gia cƣờng (2, 5) góc sợi gia cƣờng so với trục cột thay đổi (0, 45, 90o) Hai mẫu không gia cƣờng (U); hai mẫu gia cƣờng lớp dán dọc trục lớp bó hơng (L2T); hai mẫu khác gia cƣờng dán lớp dọc trục lớp bó hơng (L4T); cột cuối đƣợc gia cƣờng lớp bóchéo (DD’) Độ lệch tâm cột thí nghiệm nén lần lƣợt 200 300mm Kết cho thấy mẫu gia cƣờng có ứng xử tƣơng tự Phá hoại FRP phần lớn xảy cột Các lớp gia cƣờng bó hơng cải thiện tốt liên kết lớp gia cƣờng dán dọc bê tông Khả chịu lực mẫu S300-L4T tăng 127% so với mẫu U300 (mẫu không gia cƣờng), tăng 51% so với mẫu S300-L2T Lớp gia cƣờng bó hơng không cải thiện hiệu khả chịu lực cột chịu nén lệch tâm Các mẫu có chuyển vị ngang nhƣ Hadi Widiarsa (2012) [8] nghiên cứu ảnh hƣởng số lớp CFRP gia cƣờng dán dọc, độ lệch tâm, lớp CFRP gia cƣờng bó hơng đến ứng xử cột BTCT chịu nén lệch tâm Nghiên cứu đƣợc thực 12 mẫu cột vuông (200x200x800mm) nén lệch tâm Cột sử dụng bê tông cƣờng độ cao (HSC) Mẫu thí nghiệm đƣợc chia làm nhóm: khơng gia cƣờng, bó lớp, bó lớp, dán lớp dọc đồng thời bó lớp với độ lệch tâm khác 0, 25, 50mm Kết nghiên cứu cho thấy lớp CFRP gia cƣờng bó hơng tăng đáng kể khả chịu lực lên tới 84% cải thiệt rỏ rệt độ dẻo cột Wang cộng (2012) [9] nghiên cứu ảnh hƣởng tỉ lệ mơ hình, hàm lƣợng cốt thép dọc đai cột, số lớp CFRP bó hông chất tải trọng (tải trọng đơn điệu, tải lặp) đến ứng xử nén dọc trục 34 mẫu cột vuông Nghiên cứu CFRP làm tăng đáng kể khả biến dạng dọc trục cột, nhƣng làm tăng nhẹ cƣờng độ dọc trục Quan hệ ứng suất biến dạng mẫu chịu nén tĩnh mẫu chịu nén lặp tƣơng đồng Vùng CFRP bó hơng có khả biến dạng tốt so với vùng góc cho thấy nguy hiểm vùng góc Hệ số làm việc hiệu CFRP bó hơng vùng góc cột kích thƣớc lớn trung bình theo nghiên cứu lần lƣợt 0.4 0.6 Nghiên cứu hàm lƣợng cốt thép đai ảnh hƣởng đến khả biến dạng, quan hệ ứng suất - biến dạng, giá trị biến dạng dẻo cột gia cƣờng bó hơng CFRP Một số nghiên cứu khác lĩnh vực nhƣ Pessiki et al (2001), Shao cộng (2006), Lam cộng (2006),Rocca (2007), Ilki cộng (2008), Lam Teng (2009), Turgat cộng (2010), De Luca Nanni (2011), Song cộng (2013), Gajdoso và Bilcik (2013) phân tích ảnh hƣởng yếu tố kích thƣớc hình học cột, hàm lƣợng cốt thép đai cột, tải trọng lặp độ mảnh cột đến ứng xử cột BTCT gia cƣờng CFRP kết cho thấy hiệu gia cƣờng kháng nở hông CFRP giảm so với trƣờng hợp cột nén tâm; đồng thời không giống nhƣ trƣờng hợp nén tâm, 10 hiệu gia cƣờng CFRP chịu ảnh hƣởng đáng kể hàm lƣợng cốt đai, tỉ lệ mơ hình yếu tố độ mảnh cột 2.3 Mục tiêu nghiên cứu Dựa vào kết trình bày phần tổng quan, đề tài nghiên cứu tập trung vào ba mục tiêu cụ thể sau: [1] Khảo sát thực nghiệm ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến hiệu gia cƣờng CFRP gia cƣờng dán dọc bó hơng cho cột bê tơng cốt thép chịu nén lệch tâm phƣơng; [2] Phân tích đánh giá mức độ xác cơng thức dự đốn khả chịu lực cột BTCT gia cƣờng CFRP tiêu chuẩn hành cho trƣờng hợp cột chịu nén lệch tâm phƣơng dựa liệu thực nghiệm từ đề tài số nghiên cứu trƣớc đây; [3] Đề xuất hiệu chỉnh cho quy trình tính tốn khả chịu lực cột đƣợc gia cƣờng dùng CFRP dán dọc bó hơng tiêu chuẩn ACI 440.2R (2017), xét đến ảnh hƣởng tƣơng tác cƣờng độ bê tông biến dạng hiệu CFRP nhằm giúp cho việc xuất phƣơng pháp tính nhƣ xây dựng mơ hình tính đƣợc phù hợp so với thực tiễn 2.4 Ý nghĩa nghiên cứu 2.4.1 Ý nghĩa khoa học Cƣờng độ bê tông đƣợc biết làm tăng hiệu gia cƣờng kháng uốn CFRP dán dọc trƣờng hợp cột BTCT nén lệch tâm phƣơng, nhiên, thời điểm tại, vấn đề lƣợng hóa ảnh hƣởng chƣa thấy đề cập nghiên cứu vừa nêu Ngoài ra, vấn đề ảnh hƣởng tƣơng tác cƣờng độ bê tông FRP gia cƣờng dán dọc đến hiệu gia cƣờng FRP nhƣ ứng xử cột BTCT gia cƣờng bó hông dán dọc CFRP chƣa đƣợc trình bày tƣờng minh Qui trình tính tốn khả chịu lực cột BTCT gia cƣờng kháng nở hông kháng uốn CFRP tiêu chuẩn hành chƣa xét đến ảnh hƣởng tƣơng tác Đề tài góp phần làm sáng tỏ vấn đề vừa nêu 11 2.4.2 Ý nghĩa thực tiễn Vật liệu CFRP với lợi bật nhƣ dễ thi công, tỷ số cƣờng độ chịu kéo cao khối lƣợng cao (high-strength-to-weight ratio), không bị ăn mịn độ bền hóa học cao (chemical resistance) giải pháp gia cƣờng hiệu bên cạnh vật liệu phƣơng pháp gia cƣờng truyền thống Phƣơng pháp gia cƣờng sử dụng CFRP đơn giản, thời gian thi công nhanh với chi phí cho nhân cơng thiết bị dùng kỹ thuật FRP rẻ so với phƣơng pháp truyền thống có khả ứng dụng đa dạng cho tất loại cơng trình Tuy nhiên, kỹ thuật gia cƣờng dùng CFRP cho kết cấu nói chung kết cấu BTCT nói riêng kỹ sƣ nƣớc nghiên cứu hạn chế đặc biệt với cấu kiện cột chịu nén lệch tâm Đề tài đƣợc kì vọng cung cấp thơng tin hữu ích cho kỹ sƣ nhà nghiên cứu làm việc lĩnh vực sửa chữa gia cố cơng trình Việt Nam 2.5 Nội dung nghiên cứu Để thực đƣợc mục tiêu đề tài đặt cần thực số nội dung nghiên cứu chủ yếu sau:  Nghiên cứu phân tích tổng quan đề tài nghiên cứu thực có liên quan đến nội dung đề tài nghiên cứu;  Xây dựng chƣơng trình thực nghiệm 25 mẫu cột có kích thƣớc 200x200x800mm đƣợc chia làm nhóm, với cách gia cƣờng khác Mỗi nhóm gồm mẫu cột với độ lệch tâm khác 0mm, 25mm 50mm, loại cƣờng độ (25, 40, 60MPa), cụ thể:  Nhóm 1(mẫu đối chứng, không gia cƣờng kháng uốn kháng nở hông): gồm mẫu với độ lệch (0mm, 25mm, 50mm) loại cƣờng độ (25, 40, 60MPa) khác  Nhóm (gia cƣờng lớp kháng uốn) gồm mẫu : mẫu fc = 25MPa với độ lệch tâm (0mm, 50mm); mẫu fc = 40MPa với độ lệch tâm (0mm, 50mm) mẫu fc = 60MPa với độ lệch tâm (0mm, 50mm)  Nhóm (gia cƣờng lớp kháng uốn lớp bó hơng tồn cột) gồm mẫu fc = 40MPa với độ lệch tâm (0mm, 25mm, 50mm) 12  Nhóm (gia cƣờng lớp kháng uốn lớp bó hơng quấn cách qng) gồm mẫu tƣơng tự nhƣ nhóm  Triển khai thực nghiệm ghi nhận thông số gồm khả chịu lực dọc trục, chuyển vị dọc trụ chuyển vị ngang mẫu cột thực nghiệm; biến dạng CFRP gia cƣờng bó hơng dán dọc, cốt thép dọc, cốt đai, bê tông; Thiết lập quan hệ tải trọng, chuyển vị biến dạng; phân tích kết thực nghiệm;  Phân tích hình thái vết nứt kiểu phá hoại mẫu cột thực nghiệm;  Phân tích khả chịu lực, chuyển vị mẫu cột; đánh giá lƣợng hóa ảnh hƣởng cƣờng độ bê tơng đến thơng số này;  Phân tích ứng xử CFRP gia cƣờng bó hơng dán dọc; đánh giá ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng hiệu CFRP gia cƣờng dán dọc bó hơng;  Phân tích biến dạng bê tông cốt đai biến thiên chúng theo thay đổi cấu hình gia cƣờng CFRP cƣờng độ bê tông mẫu cột thực nghiệm;  Phân tích đánh giá mức độ xác cơng thức dự đốn khả chịu lực cột BTCT gia cƣờng CFRP tiêu chuẩn hành cho trƣờng hợp cột chịu nén lệch tâm phƣơng dựa liệu thực nghiệm từ đề tài số nghiên cứu trƣớc đây;  Đề xuất hiệu chỉnh, xét đến ảnh hƣởng tƣơng tác cƣờng độ bê tông biến dạng hiệu CFRP nhằm giúp cho việc dự đốn đƣợc hợp lý xác 2.6 Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng nghiên cứu đƣợc lựa chọn nghiên cứu tổng quan mặt lý thuyết kết hợp với thực nghiệm phịng thí nghiệm 13 CHƢƠNG 3: CHƢƠNG TRÌNH THỰC NGHIỆM 3.1 Vật liệu 3.1.1 Bê tông Bê tông dùng cho nghiên cứu có cƣờng độ chịu nén mục tiêu lần lƣợt 25, 40 60 MPa; bê tơng có cƣờng độ chịu nén 25MPa đƣợc trộn thủ công bê tơng có cƣờng độ chịu nén 40 60MPa đƣợc cung cấp nhà máy Cƣờng độ chịu nén bê tơng đƣợc xác định dựa thí nghiệm mẫu lập phƣơng 150×150×150 mm (Hình 4.1), lấy trung bình mẫu tƣơng ứng với cƣờng độ bê tông (Bảng 4.4) Để đảm bảo đồng mẫu cho kết xác, mẫu nhóm đƣợc sử dụng chung mẻ trộn bê tơng Cấp phối bê tông theo Bảng 4.1 , 4.2 4.3 Bảng 3.1: Cấp phối bê tông cƣờng độ chịu nén 25MPa Thành phần vật liệu Khối lƣợng/m3 vữa bê tông Xi măng Holcim PC40 344 (kg) Cát vàng 638 (kg) Đá 1x2 1395 (kg) Nƣớc 195 (lít) Bảng 3.2: Cấp phối bê tông cƣờng độ chịu nén 40MPa Thành phần vật liệu Khối lƣợng/m3 vữa bê tông Xi măng 344 (kg) Phụ gia khoáng 70 (kg) Cát 401 (kg) Cát nghiền 401 (kg) Đá (5x13) 263 (kg) Đá (5x23) 788 (kg) Nƣớc 185 (lít) Phụ gia 4.024 (lít) 14 Bảng 3.3: Cấp phối bê tông cƣờng độ chịu nén 40MPa Thành phần vật liệu Khối lƣợng/m3 vữa bê tông Xi măng 471 (kg) Cát 410 (kg) Cát nghiền 410 (kg) Đá (5x13) 263 (kg) Đá (5x23) 788 (kg) Nƣớc 165 (lít) Phụ gia 5.88 (lít) Bảng 3.4: Tổng hợp kết thí nghiệm nén mẫu bê tơng Cƣờng độ chịu nén (MPa) Số thứ tự Tên mẫu bê tông thí nghiệm Từng mẫu Mẫu M1-1 26.13 Mẫu M1-2 28.78 Mẫu M1-3 29.46 Mẫu M2-1 Mẫu M2-2 46.16 Mẫu M2-3 52.20 Mẫu M3-1 59.75 Mẫu M3-2 60.31 Mẫu M3-3 62.90 Trung bình 28.12 48.67 49.01 60.99 15 3.1.2 Cốt thép Thép dọc đƣờng kính 12mm thép đai có đƣờng kính 6mm đƣợc sử dụng cho mẫu cột Mỗi loại đƣờng kính cốt thép đƣợc lấy mẫu thí nghiệm (mỗi loại lấy mẫu) để xác định tiêu lý Kết thí nghiệm đƣợc tổng hợp Bảng 4.5 Bảng 3.5: Tổng hợp kết thí nghiệm kéo mẫu thép Thép dọc Thép đai 12 Loại thép Giới hạn kéo chảy, (MPa) Giới hạn kéo đứt, (MPa) Thép vằn 528 620 Thép trơn 302 470 Trọng lƣợng riêng, (g/mm) 0.888 0.222 Tên thông số Đƣờng thép, (mm) 3.1.3 Vải sợi carbon keo kết dính Vật liệu vải sợi carbon dùng nghiên cứu loại vải dệt đơn hƣớng có đặc trƣng lý theo Bảng 4.6 Keo kết dính lƣới sợi với mặt ngồi bê tơng sử dụng loại keo epoxy hai thành phần chuyên dụng đƣợc cung cấp kèm với vải sợi carbon Bảng 3.6: Các đặc trƣng học vải sợi carbon keo Đặc tính học Trọng lƣợng, (g/m2) Vải sợi carbon 300 Độ dày, (mm) 0.166 Cƣờng độ chịu kéo, (N/mm2) 4900 Độ dãn dài tới đứt, (%) >2% Mô đun đàn hồi, (GPa) 240 Keo Modun đàn hồi, (GPa) 3.5 Cƣờng độ chịu nén, (MPa) 90 Cƣờng độ chịu kéo, (MPa) 60 Độ nhớt, (mPa.s) ±3700 16 3.2 Mẫu cột thí nghiệm Chƣơng trình thực nghiệm đƣợc thực 25 mẫu cột BTCT kích thƣớc 200x200x800mm có cƣờng độ bê tơng khác fc = 28MPa (7 mẫu), fc = 49MPa (11 mẫu), fc = 60MPa (7 mẫu) Các mẫu cột có cấu tạo cốt thép giống nhau, gồm có thép dọc đƣờng kính 12mm đƣợc bố trí theo chu vi thép đai đƣờng kính 6mm với bƣớc cốt đai s = 100mm (riêng hai đầu cột khoảng 200 mm, đƣợc bố trí dày với bƣớc cốt đai s = 50 mm nhằm tránh tƣợng bể đầu cột tập trung ứng suất) Cấu tạo mẫu cột đƣợc mô tả chi tiết Hình 4.1 Chi tiết mẫu cột thí nghiệm đƣợc tổng hợp Bảng 4.7 Hình 3.1: Cấu tạo cốt thép mẫu cột thí nghiệm 17 Bảng 3.7: Bảng thơng số mẫu thí nghiệm Nhóm mẫu N1 N2 N3 N4 Tên mẫu C0-M1-N1 C25-M1-N1 C50-M1-N1 C0-M2-N1 C25-M2-N1 C50-M2-N1 C0-M3-N1 C25-M3-N1 C50-M3-N1 2VC0-M1-N2 2VC50-M1-N2 2VC0-M2-N2 2VC50-M2-N2 2VC0-M3-N2 2VC50-M3-N2 2V1HC0-M2-N3 2V1HC25-M2-N3 2V1HC50-M2-N3 2V1HC0-M1-N4 2V1HC50-M1-N4 2V1HC0-M2-N4 2V1HC25-M2-N4 2V1HC50-M2-N4 2V1HC0-M3-N4 2V1HC50-M3-N4 fc (MPa) 28 49 61 28 49 61 49 28 49 61 e (mm) 25 50 25 50 25 50 50 50 50 25 50 50 25 50 50 Dán dọc (nd) 0 0 0 0 2 2 2 2 2 2 2 2 Ghi chú: fc : Cƣờng độ bê tông, MPa; e : Độ lệch tâm, mm; nd : Số lớp gia cƣờng dán dọc; nn : Số lớp gia cƣờng bó hơng; sf : Khoảng cách quấn bó hơng, mm; wf : Bề rộng lƣới sợi cacbon CFRP; mm nn 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 Bó hơng wf s (mm) (mm) Ghi Khơng gia cƣờng lớp dán dọc 500 500 500 50.12 50.12 50.12 50.12 50.12 50.12 50.12 0 50 50 50 50 50 50 50 lớp dán dọc + bó hơng liên tục lớp dán dọc + bó hơng cách qng 18 3.3 Thiết bị tạo độ lệch tâm Hình 3.2 :Cơ cấu truyền tải, (a) – mặt bằng; (b) – mặt cắt A-A (a) (b) (c) Hình 3.3: Thiết bị tạo độ lệch tâm: (a) bi tạo độ lệch tâm; (b) đầu chụp; (c) lắp đặt mẫu cột với độ lệch tâm 50mm 19 3.4 Q trình đúc mẫu thí nghiệm 3.4.1 Cơng tác ván khuôn lắp đặt cốp pha Cốp pha dùng để đóng tạo khn cốp pha phim dầy 18mm gỗ chống (Hình 4.4) Hình 3.4: Cơng tác ván khuôn 20 3.4.2 Gia công cốt thép lắp cảm biến đo biến dạng thép Cốt thép đƣợc gia công xác theo vẽ, thép dọc có đƣờng kính 12mm, thép đai đƣờng kính 6mm (Hình 4.5) Để chống phá vỡ đầu cột nén, đầu cột bố trí lƣới thép đƣờng kính 6mm Hình 3.5: Công tác cốt thép 3.4.3 Đổ bê tông công tác bảo dƣỡng Vữa bê tông bê tông có fc = 28 MPa, đƣợc trộn tay theo cấp phối; bê tơng có fc = 49 61 MPa sử dụng bê tông tƣơi từ nhà máy Bê tông đƣợc đổ lúc cho tất cột thực đầm dùi để đảm bảo độ lèn chặt, loại trừ bọt khí, lỗ rỗng bê tơng (Hình 4.6) Sau đổ bê tông xong, mẫu cột đƣợc dƣỡng hộ cách đậy bao vải nhúng nƣớc, đồng thời thƣờng xuyên tƣới nƣớc để giữ ẩm thời gian bê tông đông kết (Hình 4.7) Cơng tác tháo dỡ cốp pha đƣợc tiến hành sau tuần đổ bê tơng Hình 3.6: Cơng tác đổ bê tơng đầm dùi 21 Hình 3.7: Công tác bảo dƣỡng bê tông 3.4.4 Công tác gia cƣờng mẫu cột CFRP Trƣớc gia cƣờng dán CFRP, mẫu cột đƣợc mài nhẵn bo góc cạnh Để dán cảm biến đo biến dạng bê tơng, vị trí dán cảm biến (Hình 4.8) cột đƣợc mài sâu 1-2mm, để cảm biến bê tơng khơng bị hƣ lớp keo dán sau dán cảm biến tiến hành phủ lớp nhựa nilon lên bề mặt chữ T Công tác gia cƣờng CFRP (Hình 4.9) đƣợc thực cụ thể nhƣ sau:  Cột đƣợc lau sạch, loại bỏ bụi bẩn bám bề mặt cột;  Tiến hành cắt theo kích thƣớc: Loại 1: 170x800 (mm), 96 Loại 2: 500x830 (mm), tấm; 375x830 (mm), tấm; Loại 3: 50x830 (mm), 35 tấm; 125x830 (mm), 34  Keo dán đƣợc trộn theo tỉ lệ nhà sản xuất  Đánh dấu vị trí dán  Phủ lớp keo lên bề mặt cột, đồng thời đƣợc phủ keo lên mặt để dán lên cột Đối với mặt có dây cảm biến đƣợc đƣa (dây cảm biến thép dọc, thép đai, cảm biến bê tông) dùng kéo khoét lỗ nhỏ (tránh gây đứt tấm) để đƣa dây Tiến hành dán dán dọc trƣớc (tấm kháng uốn) sau quấn bó hơng Đối với mẫu gia cƣờng CFRP, mẫu đƣợc thí nghiệm sau dán khoảng tuần 22 Hình 3.8: Công tác mài cột để chuẩn bị dán cảm biến bê tơng dán CFRP 23 Hình 3.9: Cơng tác chuẩn bị dán CFRP 24 3.5 Bố trí thiết bị đo sơ đồ thí nghiệm 3.5.1 Bố trí thiết bị đo biến dạng thép đai thép dọc Mỗi mẫu thí nghiệm bố trí cảm biến đo biến dạng thép đai cảm biến đo biến dạng thép dọc Vị trí lắp đặt cảm biến đƣợc thể Hình 4.10 a) vị trí đặt cảm biến thép đai b) vị trí đặt cảm biến thép dọc Hình 3.10: Sơ đồ lắp đặt cảm biến thép 3.5.2 Bố trí thiết bị đo biến dạng bê tơng Mỗi mẫu thí nghiệm bố trí cảm biến đo biến dạng dọc bê tơng cảm biến đo biến dạng ngang bê tông Vị trí lắp đặt cảm biến đƣợc thể Hình 4.11 25 Hình 3.11: Sơ đồ lắp đặt cảm biến đo biến dạng bê tông 3.5.3 Bố trí thiết bị đo biến dạng CFRP Mỗi mẫu cột gia cƣờng CFRP đƣợc bố trí cảm biến đo biến dạng CFRP theo phƣơng vng góc dọc trục mẫu, cảm biến đƣợc dán mặt A B Vị trí bố trí cảm biến đƣợc thể Hình 4.12 B C A A C D C D A D B B 1d B-1D 2d B-1N B-2D 3d B-2N B-1D B-1N B-2D B-2N B-3N B-3D B-3D B-3N (a) nhóm N2 (b) nhóm N4 (c) nhóm N3 Hình 3.12: Sơ đồ lắp đặt cảm biến đo biến dạng CFRP Ghi chú: N2: lớp dán dọc N4: lớp dán dọc – lớp bó hơng cách qng N3: lớp dán dọc – lớp bó hơng liên tục 26 3.5.4 Sơ đồ bố trí thiết bị đo chuyển vị đứng nở hông Chuyển vị đứng nở hông mẫu đƣợc xác định chuyển vị kế điện tử có độ xác tới 0.001mm Sơ đồ bố trí chuyển vị kế đƣợc thể Hình 4.13 Hình 3.13: Sơ đồ bố trí chuyển vị kế đo chuyển vị hông chuyển vị đứng 3.6 Quy trình thí nghiệm 3.6.1 Thiết bị thí nghiệm - Khung gia tải thép hình đƣợc liên kết khung bulon chân đế liên kết xuống bê tông (khả chịu tải 1000 tấn) - Kích thủy lực tự động có khả tạo lực đến 550 (đƣờng kính piston, hành trình piston, bề rộng đế) - Đồng hồ đo chuyển vị (displacement transducers, LVDTs) - Đồng hồ đo lực (load-cell) - Máy bắn tia laser tự động cân bằng, sử dụng đồng thời bắn tia vng góc theo phƣơng ngang phƣơng thẳng đứng - Thƣớc thủy nhôm đƣợc gắn bọt nƣớc cân theo phƣơng vng góc phƣơng nghiêng 27 - Hệ thống ghi nhận số liệu tự động (datalogger) TDS hãng TML, ghi nhận lúc 60 kênh.Quy trình gia tải Trƣớc tiến hành thí nghiệm, thiết bị đo đạc đƣợc kiểm tra khả hoạt động cân chỉnh nhằm đảm bảo độ xác đo đạc Các mẫu trƣớc thí nghiệm đƣợc gia công mài phẳng đầu, định vị tim cột vị trí dán cảm biến sau đƣa mẫu vào khung gia tải, dùng máy laser để cân chỉnh mẫu nhằm đảm bảo độ xác mặt hình học theo hai phƣơng ngồi mặt phẳng khung gia tải Sau trình cân chỉnh, cảm biến đo lực, chuyển vị kế, cảm biến đo biến dạng bê tông, cốt thép, CFRP đƣợc kết nối với ghi nhận số liệu Trƣớc gia tải, thiết bị đo đƣợc kiểm tra vận hành thử với tải tác dụng 10% tải phá hoại dự kiến (50-80 kN); sau đó, mẫu thí nghiệm đƣợc tiến hành thí nghiệm theo quy trình với tốc độ gia tải xấp xỉ 30-40 kN/ phút Trong suốt q trình thực nghiệm, tồn thơng số thiết bị đo cấp tải trọng khác đƣợc theo dõi ghi chép chi tiết Quá trình gia tải ghi nhận số liệu thí nghiệm hồn tồn tự động Các bƣớc q trình thí nghiệm đƣợc thể qua Hình 4.14 28 (1) - Cân chỉnh trục piston thủy lực, độ lệch tâm đế (2) - Lắp đặt cột vào bệ nén (3) - Lắp thiết bị đo chuyển vị (4),(5) - Máy đo, ghi nhận số liệu (6) - Mẫu nén Hình 3.14: Quá trình tiến hành thí nghiệm nén lệch tâm mẫu cột 29 CHƢƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 4.1 Kết thí nghiệm Kết thí nghiệm đƣợc tổng hợp Bảng 5.1 30 Bảng 4.1: Tổng hợp kết thực nghiệm Nhóm mẫu Nhóm N1 Nhóm N2 Nhóm N3 Nhóm N4 Tên mẫu C0-M1-N1 C25-M1-N1 C50-M1-N1 C0-M2-N1 C25-M2-N1 C50-M2-N1 C0-M3-N1 C25-M3-N1 C50-M3-N1 2VC0-M1-N2 2VC50-M1-N2 2VC0-M2-N2 2VC50-M2-N2 2VC0-M3-N2 2VC50-M3-N2 2V1HC0-M2-N3 2V1HC25-M2-N3 2V1HC50-M2-N3 2V1HC0-M1-N4 2V1HC50-M1-N4 2V1HC0-M2-N4 2V1HC25-M2-N4 2V1HC50-M2-N4 2V1HC0-M3-N4 2V1HC50-M3-N4 fc e Pu u,v u,h cu (MP (mm (KN) a) 28 0) 25 50 25 50 25 50 50 50 50 25 50 50 25 50 50 1436.1 895.7 635.6 1819.2 1283.6 1043.5 2257 1853.1 1354.2 1487.9 718.8 1855.6 1158.3 2285 1473.6 2087 1703.8 1293.9 1539.8 800.9 1964.8 1532.9 1273.1 2453.3 1611.5 (mm 4.7 ) 3.6 3.2 3.6 3.1 2.9 2.6 2.4 2.3 5.2 3.9 3.9 3.3 2.8 2.4 4.7 4.3 3.9 6.1 4.4 4.3 4.10 3.74 3.10 2.72 (mm -0.7 ) -0.7 -0.5 -0.6 -0.5 -0.4 -0.4 -0.3 -0.3 -0.8 -0.6 -0.7 -0.4 -0.4 -0,3 -0.8 -0.5 -0.5 -0.8 -0.7 -0.7 -0.5 -0,4 -0.4 -0.3 (‰) 1.7 2.5 2.9 1,6 2.5 2.7 1.5 2.2 2.1 1.9 2.7 1.6 2,5 1.6 2.3 1.8 2.7 3.6 2,1 2,9 1,8 2.2 2,7 1.6 2.6 49 61 28 49 61 49 28 49 61 CFRP,v1 CFRP,v2 CFRP,v3 CFRP,h (‰) -3.2 4.8 -3.1 1.7 -2.7 1.6 -3.2 1.3 0.9 -3.3 4.7 -3.1 8.6 1.2 -2.8 1.2 (‰) -3.3 5.2 -2.6 2.3 -3.2 1.6 -2.9 1.6 1.6 -3.5 4.6 -2.8 1.6 2.5 -3.4 1.1 (‰) -4.5 2.7 -3.1 2.2 non 1.6 -3.5 0.8 1.2 -4.8 2.8 -3.3 0.6 1.4 non 1.3 (‰) 3.4 5.5 5.2 5.1 3.4 3.4 4.3 1.2 4.5 2.5 CFRP,h (‰) 5.4 3.5 5.8 6.4 5.7 5.4 3.9 3.4 4.9 1.4 CFRP,h (‰) 3.4 1.4 0.7 3.3 2.9 2.7 3.7 1.8 2.3 1.4 31 Bảng 5.1(tt): Tổng hợp kết thực nghiệm Nhóm mẫu Nhóm N1 Nhóm N2 Nhóm N3 Nhóm N4 Tên mẫu C0-M1-N1 C25-M1-N1 C50-M1-N1 C0-M2-N1 C25-M2-N1 C50-M2-N1 C0-M3-N1 C25-M3-N1 C50-M3-N1 2VC0-M1-N2 2VC50-M1-N2 2VC0-M2-N2 2VC50-M2-N2 2VC0-M3-N2 2VC50-M3-N2 2V1HC0-M2-N3 2V1HC25-M2-N3 2V1HC50-M2-N3 2V1HC0-M1-N4 2V1HC50-M1-N4 2V1HC0-M2-N4 2V1HC25-M2-N4 2V1HC50-M2-N4 2V1HC0-M3-N4 2V1HC50-M3-N4 fc e Pu st1 st2 st3 st4 st5 sw1 sw2 (MPa) (mm) (KN) 25 50 25 50 25 50 50 50 50 25 50 50 25 50 50 1436.1 895.7 635.6 1819.2 1283.6 1043.5 2257 1853.1 1354.2 1487.9 718.8 1855.6 1158.3 2285 1473.6 2087 1703.8 1293.9 1539.8 800.9 1964.8 1532.9 1273.1 2453.3 1611.5 (‰) -0.7 0.9 0.7 0.3 (‰) -1.0 0.9 0.5 0.3 (‰) -0.6 0.7 0.3 0.2 (‰) -1.9 non -1.5 -1.1 -0.6 0.3 non 0.99 -2.0 -0.9 0.3 -2.5 0.9 -2.1 -0.6 0.4 -2.4 0.7 -2.0 -1.8 -0.9 -2.4 -1.6 -2.1 (‰) -2.3 -2.7 -1.5 -2 -1.7 -1.2 -1.8 -2.3 -0.9 -2.4 -1.7 -2.0 (‰) 2.9 1.5 0.99 3.4 1.9 0.6 2.3 1.4 0.7 non 1.3 0.7 (‰) non 1.4 0.6 non 0.4 0.7 0.6 1.6 1.1 3.5 0.8 3.6 0.3 -1.9 non -2.4 1.6 non -2.5 1.8 -2.0 1.1 0.3 -2.0 0.3 -1.99 0.3 -2.6 non 0.36 -2.78 1.63 -2.31 0.79 0.34 -2.16 0.2 -1.9 0.4 -2.3 0.6 non -2.6 1.3 -2.1 0.4 0.2 -2.0 -1.2 -1.9 -0.9 -2.6 -2.3 -1.4 -2.5 -3.0 -2.4 -2.1 -1.3 -2.0 -1.2 -1.9 -1.0 -2.8 -2.6 -3.3 -2.6 -3.4 -2.2 -2.3 -1.4 2.1 0.6 2.4 0.8 0.9 3.8 0.9 4.1 3.3 0.8 3.0 0.9 3.4 0.7 0.6 1.2 4.7 0.8 3.0 non non 3.9 0.7 2.87 0.69 28 49 61 28 49 61 49 28 49 61 32 Ghi chú: N1 : Nhóm khơng gia cƣờng N2 : Nhóm gia cƣờng lớp dán dọc N3 : Nhóm gia cƣờng lớp dán dọc +1 lớp bó hơngliên tục N4 : Nhóm gia cƣờng lớp dán dọc +1 lớp bó hơng cách quãng Pu : Tải trọng phá hoại mẫu thí nghiệm, KN; e : Độ lệch tâm, mm; fc : Cƣờng độ bê tơng mẫu lập phƣơng mẫu thí nghiệm, MPa; u,v : Chuyển vị dọc trục lớn mẫu thí nghiệm, mm; u,h : Chuyển vị nở hơng lớn mẫu thí nghiệm, mm; cu : Biến dạng nén lớn bê tông mẫu thí nghiệm; CFRP,v1, CFRP,v2, CFRP,v3 : Biến dạng lớn CFRP dán dọc vị trí đầu, chân cột; CFRP,h1, CFRP,h2, CFRP,h3 : Biến dạng lớn CFRP bó hơng vị trí đầu, chân cột; st1, st2, st3, st4, st5 : Biến dạng lớn thép dọc vị trí mặt cắt ngang cột mẫu; sw1, sw2 : Biến dạng lớn thép đai vị trí mặt cắt ngang chân cột 33 4.2 Hình thái vết nứt kiểu phá hoại mẫu 4.2.1 Mẫu không gia cƣờng Các mẫu đƣợc gia tải bị phá hoại Đối với mẫu không gia cƣờng, cột bị phá hoại đột ngột lớp bê tông bảo vệ bị vỡ, kéo theo cong vênh cốt thép dọc chịu lực Sự phá hoại cột chủ yếu xảy vị trí cột Hình dạng phá hủy vết nứt đƣợc thể Hình 5.1, 5.2, 5.3 Mẫu nén tâm Các vết nứt cột bắt đầu xuất (nhận biết nhờ vào âm lách tách, trình tiếp tục với tần suất ngày nhiều phá hủy) cấp tải 35% tải trọng phá hủy (Pu) với mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc = 28MPa; cấp tải khoảng 45%Pu với mẫu cột có fc = 49MPa; cấp tải khoảng 55%Pu với mẫu cột có fc = 61MPa Đến cấp tải 80%Pu, tốc độ phát triển vết nứt diễn nhanh Mẫu cột có cƣờng độ bê tơng lớn, độ cứng mẫu lớn, cột giòn dẫn đến tốc độ phá hủy cột nhanh so với mẫu cột có cƣờng độ bê tơng bé Mẫu nén lệch tâm Các vết nứt hình thành dọc theo trục cột thớ chịu nén cấp tải 24% Pu với mẫu cột có fc = 28MPa; cấp tải khoảng 32%Puvới mẫu cột có fc = 49MPa; cấp tải khoảng 39%Pu với mẫu cột có fc = 61MPa Sau giai đoạn này, vết nứt phát triển nhanh dần Đến cấp tải từ 75% - 83%Pu, vết nứt cột phát triển nhanh với bề rộng quan sát rõ mắt thƣờng; chúng liên kết với làm cho cột bị phá hủy cốt thép vùng nén bị cong vênh Mẫu có cƣờng độ bê tơng độ lệch tâm lớn, hình thành phát triển vết nứt tốc độ phá hủy chúng nhanh 34 (a) fc=28MPa (b) fc=49MPa (c) fc=61MPa Hình 4.1: Nhóm mẫu nén tâm không gia cƣờng (a) fc=28MPa (b) fc=49MPa (c) fc=61MPa Hình 4.2: Nhóm mẫu khơng gia cƣờng, nén lệch tâm 25mm (a) fc=28MPa (b) fc=49MPa (c) fc=61MPa Hình 4.3: Nhóm mẫu khơng gia cƣờng, nén lệch tâm 50mm 35 4.2.2 Mẫu gia cƣờng Nhóm mẫu gia cường hai lớp dán dọc Hình thái phá hủy mẫu cột gia cƣờng hai lớp dán dọc đƣợc thể Hình 5.4 Hình 5.5 Vết nứt hình thành cấp tải từ 37% đến 58%Pu vùng gần với thớ dán tấm, hình dạng vết nứt theo đƣờng xiên trục cột Ở cấp tải khoảng 51%Pu -63%Pu, tốc độ phát triển vết nứt tăng nhanh dần (tiếng nổ lách tách nghe rõ) vết nứt quan sát đƣợc rõ mắt thƣờng Hình thái vết nứt theo đƣờng xiên trục cột với tập trung lớn vùng góc cột vị trí gần với thớ dán CFRP dán dọc (Hình 5.4) Khi cột bị phá hủy, bê tơng bị vỡ vùng góc cột, CFRP bị bong tách kéo theo lớp bê tông bảo vệ khỏi bề mặt cột dầy hay mỏng khác tùy thuộc vào cƣờng độ bê tông thấp đến cao (a) fc=28MPa (b) fc=49MPa (c) fc=61MPa Hình 4.4: Nhóm mẫu gia cƣờng hai lớp dán dọc nén tâm (a) fc=28MPa (b) fc=49MPa (c) fc =61MPa Hình 4.5: Nhóm mẫu gia cƣờng hai lớp dán dọc nén lệch tâm 50mm 36 Nhóm mẫu gia cường hai lớp dán dọc lớp bó hơng Hình thái phá hủy vết nứt cột đƣợc thể Hình 5.6, 5.7, 5.8, 5.9 Đối với mẫu nén tâm, cột bị nén dọc trục, phần lõi bê tông cốt đai nở hông tác động lên cốt đai, làm cho thép đai bị căng kéo để chống lại nở hơng, dẫn đến hình thành ứng suất kéo biến dạng lớn cốt đai Tuy vậy, vị trí khoảng cách hai cốt thép đai, bê tơng bị bó hơng nên nở hông bê tông cột lớn Khi thép đai bị biến dạng, bê tông cột tiếp tục nở hông tác động lên CFRP bao bọc bề mặt bê tơng cột Lúc này, CFRP bên ngồi bị kéo để chống lại bó hơng, hình thành nên ứng suất kéo CFRP Do cột có tiết diện vuông, nên mức độ nở hông điểm khác theo chu vi mặt cắt tiết diện cột khác nhau; vùng hai góc cạnh cột bị nở hơng nhiều Chính nở hơng khơng dẫn đến trƣợt lớp vật liệu CFRP gia cƣờng bê tông cột Các mẫu cột gia cƣờng bó hơng CFRP giống hình dạng phá hoại Vị trí CFRP bị đứt bê tông bị phá hoại nằm phía dƣới gần cột Tại cấp tải mẫu cột bị phá hoại, CFRP bị xé rách phát tiếng nổ; bê tơng có cƣờng độ số lớp gia cƣờng cao, tiếng nổ phát lớn Khi bị phá hoại CFRP bị đứt vị trí đứt cạnh tiết diện cột Sau bị đứt, bê tông bị bắn xung quanh thành mảnh vụn; điều cho thấy bê tông bị phá hủy trƣớc bị đứt Thép dọc thép đai bị biến dạng lớn Thời điểm bong tách CFRP cột có cƣờng độ bê tơng khác có khác biệt Đối với mẫu gia cƣờng hai lớp dán dọc bó hơng cách qng, chịu nén lệch tâm 50mm, CFRP cột với fc = 28MPa có dấu hiệu bị bong cấp tải xấp xỉ khoảng 49%Pu, CFRP cột với fc = 49MPa = 61MPa có dấu hiệu bị bong lần lƣợt cấp tải 72%Pu 75%Pu Đối với mẫu gia cƣờng hai lớp dán dọc bó hơng cách qng, nén lệch tâm 25 mm, CFRP cột với fc = 49MPa có dấu hiệu bị bong cấp tải 63%Pu Đối với mẫu cột có fc = 49MPa, gia cƣờng hai lớp dán dọc bó hơng liên tục, nén lệch tâm 25mm 50mm, CFRP cột có dấu hiệu bong tách lần lƣợt cấp tải 82%Pu 87%Pu 37 (a) Nén tâm (b) Nén lệch tâm 25mm (c) Nén lệch tâm 50mm Hình 4.6: Cột có fc = 49MPa, gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (a) Nén tâm (b) Nén lệch tâm 50mm Hình 4.7: Cột có fc = 28MPa, gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (a) tâm (b) lệch tâm 25mm (c) lệch tâm 50mm Hình 4.8: Cột có fc = 49MPa, gia cƣờng lớp dán dọc +1 lớp bó hơng cách qng 38 (a) tâm (b) lệch tâm 50mm Hình 4.9: Cột có fc = 61MPa, gia cƣờng lớp dán dọc +1 lớp bó hơng cách qng 4.3 Ứng xử mẫu cột thí nghiệm 4.3.1 Quan hệ lực – chuyển vị dọc trục a) Mẫu cột không gia cường Quan hệ lực - chuyển vị dọc trục nhóm mẫu khơng gia cƣờng đƣợc thể Hình 5.10a Trong giai đoạn đầu, từ cấp tải cấp tải xấp xỉ 3545%Pu, quan hệ lực - chuyển vị dọc trục mẫu quan hệ tuyến tính Sau giai đoạn này, vết nứt bắt đầu xuất hiện; quan hệ lực - chuyển vị dọc trục mẫu bắt đầu có xu hƣớng phi tuyến Khi tải trọng tác dụng đạt đến khoảng 80%Pu, chuyển vị đứng tăng nhanh mẫu bị phá hủy Nhìn chung, xét cấp tải phá hoại mẫu cột chịu nén lệch tâm lớn (e = 50mm), chuyển vị dọc trục mẫu có độ lệch tâm bé (e = 25mm) nhỏ đáng kể so với mẫu có độ lệch tâm lớn nhất; nhiên, xét cấp tải cuối mẫu (tải phá hoại), chuyển vị dọc trục cuối mẫu nén với lệch tâm lớn có xu hƣớng nhỏ so với mẫu chịu nén có độ lệch tâm bé chênh lệch giảm dần cƣờng độ bê tông mẫu cột tăng Kết cụ thể nhƣ sau: Mẫu nén lệch tâm 39 Xét cấp tải phá hoại mẫu, chuyển vị dọc trục mẫu có cƣờng độ chịu nén bê tông fc = 28MPa, chịu nén lệch tâm 25mm 50mm, giảm lần lƣợt 22.9% 31% so với chuyển vị dọc trục mẫu chịu nén tâm; chuyển vị dọc trục mẫu có fc = 49MPa, chịu nén lệch tâm 25mm 50mm, giảm lần lƣợt 12.8% 16.8% so với mẫu chịu nén tâm; chuyển vị dọc trục mẫu có fc = 61MPa, chịu nén lệch tâm 25mm 50mm, giảm lần lƣợt 10% 13.1% so với mẫu chịu nén tâm a) (b) c) d) Hình 4.10: Quan hệ lực - chuyển vị dọc trục cột với độ lệch tâm e khác (a) không gia cƣờng; (b) lớp dán dọc; (c) lớp dán dọc +1 lớp bó hơng liên tục (d) lớp dán dọc +1 lớp bó hơng cách qng Mẫu nén tâm Xét cấp tải phá hoại mẫu, mẫu có fc = 49MPa = 61MPa có chuyển vị dọc trục giảm lần lƣợt 23.4% 56.4% so với mẫu có fc = 28MPa 40 b) Mẫu cột gia cường CFRP Quan hệ lực - chuyển vị dọc trục mẫu đƣợc thể Hình 5.10b, c, d Giai đoạn đầu (từ cấp tải đến cấp tải 58%Pu), đƣờng quan hệ lực chuyển vị mẫu gia cƣờng giống với mẫu khơng gia cƣờng; so với nhóm mẫu khơng gia cƣờng, giai đoạn cột làm việc đàn hồi cột đƣợc gia cƣờng kéo dài Sau (từ cấp tải =52%Pu), vết nứt mẫu cột bắt đầu xuất (quan sát đƣợc mắt thƣờng), quan hệ lực - chuyển vị dọc trục mẫu chuyển qua phi tuyến bắt đầu tham gia vào trình chịu lực Khi tải trọng tiếp tục tăng, CFRP bắt đầu có dấu hiệu bong tách khỏi bề mặt bê tông làm phát tiếng kêu lách tách (tại cấp tải =59%Pu); q trình nhận biết rõ qua âm nghe đƣợc trình thực nghiệm Sau giai đoạn này, ứng xử phi tuyến mẫu cột thực nghiệm ngày rõ ràng Ứng xử cƣờng độ bê tông mẫu gia cƣờng lớp dán dọc tƣơng đối giống với mẫu không gia cƣờng, nhóm mẫu dán dọc tham gia khơng nhiều vào q trình cột chịu nén (do dán dọc có vai trị kháng uốn) Trong khi, khác biệt ứng xử cƣờng độ bê tơng nhóm mẫu gia cƣờng bó hơng cách qng bó hơng liên tục với nhóm mẫu khơng gia cƣờng, thấy đƣợc khác biệt rõ Tấm bó hơng với vai trị kháng nở hơng tham gia vào trình chịu nén cột; điều đƣợc thể qua chuyển vị dọc trục mẫu cột có gia cƣờng bó hơng cấp tải phá hoại lớn so với nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc Đối với nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc, dán dọc bị bong khỏi bề mặt bê tông nhƣng chƣa bị đứt thời điểm mẫu bị phá hoại; nhóm mẫu có bó hơng, bó hơng bị xé rách kéo theo bong tách dán dọc Tấm CFRP làm cho ứng xử cột đƣợc dẻo dai chuyển vị lớn cấp tải phá hoại tăng lên; đó, CFRP dán dọc làm chuyển vị dọc trục lớn cột tăng lên không đáng kể, nhƣng cột đƣợc bó hơng, CFRP bó hơng làm tăng rõ rệt khả kháng biến dạng (chuyển vị dọc trục cuối cột) Một số kết cụ thể đƣợc trình bày sau đây: Mẫu cột gia cường hai lớp dán dọc Tại cấp tải phá hoại mẫu, chuyển vị dọc trục mẫu có cƣờng độ bê tơng fc =28MPa, 49MPa 61MPa, chịu nén lệch tâm 50mm, giảm lần lƣợt 24%, 15.2% 12.6% so với mẫu cột chịu nén tâm có cƣờng độ bê tơng 41 Tại cấp tải phá hoại mẫu, chuyển vị dọc trục mẫu có cƣờng độ bê tơng fc = 49MP = 61MPa, chịu nén tâm, giảm lần lƣợt 25.1% 46.5% so với mẫu có fc = 28MPa Tƣơng tự, chuyển vị dọc trục mẫu có fc = 49MPa = 61MPa, chịu nén lệch tâm 50mm, giảm lần lƣợt 16.5%, 38.5% so với mẫu có fc = 28MPa Mẫu cột gia cường hai lớp dán dọc lớp bó hơng cách qng Tại cấp tải phá hoại mẫu, chuyển vị dọc trục mẫu có cƣờng độ bê tơng fc = 49MPa, chịu nén lệch tâm 25mm 50mm giảm lần lƣợt 5.4% 13.9% so với chuyển vị dọc trục mẫu chịu nén tâm; tƣơng tự, chuyển vị dọc trục mẫu có fc = 61MPa, chịu nén lệch tâm 50mm, giảm 12.2% so với mẫu chịu nén tâm Tại cấp tải phá hoại mẫu, chuyển vị dọc trục mẫu có fc = 49MPa fc= 61MPa, chịu nén tâm, giảm lần lƣợt 29% 49.3% so với mẫu có fc = 28MPa; chuyển vị dọc trục mẫu có fc = 49MPa fc= 61MPa, chịu nén lệch tâm 50mm, giảm lần lƣợt 16.9% 39.5% so với mẫu có fc = 28MPa Mẫu cột gia cường hai lớp dán dọc lớp bó hơng liên tục Tại cấp tải phá hoại mẫu, chuyển vị dọc trục mẫu có fc = 49MPa, chịu nén lệch tâm 25mm 50mm, giảm lần lƣợt 9.1% 16.9% so với chuyển vị dọc trục mẫu chịu nén tâm 4.3.2 Quan hệ lực - chuyển vị nở hông a) Mẫu cột không gia cường Quan hệ lực - chuyển vị nở hơng nhóm mẫu khơng gia cƣờng đƣợc thể hình 5.11a Trong giai đoạn đầu, từ cấp tải cấp tải xấp xỉ 35-45% tải trọng phá hủy Pu, quan hệ lực - chuyển vị nở hơng mẫu quan hệ tuyến tính Sau giai đoạn này, vết nứt bắt đầu xuất hiện, quan hệ lực - chuyển vị nở hông mẫu bắt đầu có xu hƣớng phi tuyến Khi tải trọng tác dụng đạt đến khoảng 80%Pu, chuyển vị nở hông tăng nhanh mẫu bị phá hủy Nhìn chung, xét cấp tải phá hoại mẫu cột chịu nén lệch tâm lớn (e = 50mm), chuyển vị nở hơng mẫu có độ lệch tâm bé (e = 25mm) nhỏ đáng kể so với mẫu có độ lệch tâm lớn nhất; nhiên, xét cấp tải cuối mẫu (tải phá hoại), chuyển vị nở hông cuối mẫu nén với lệch tâm lớn có 42 xu hƣớng nhỏ so với mẫu chịu nén có độ lệch tâm bé chênh lệch giảm dần cƣờng độ bê tông mẫu cột tăng Kết cụ thể nhƣ sau (a) không gia cƣờng (b) lớp dán dọc (c) lớp dán dọc+1 lớp bó hơng liên tục (d) lớp dán dọc+1 lớp bó hơng cách qng Hình 4.11: Quan hệ lực – chuyển vị nở hông cột với độ lệch tâm khác Ghi chú: C0, 25, 50 - Độ lệch tâm 0, 25, 50mm M1 - Cường độ bê tông fc=28MPa M2 - Cường độ bê tông fc=49MPa M3 - Cường độ bê tông fc=61MPa N1 - Mẫu không gia cường N2 - Mẫu gia cường lớp dán dọc N3 - Mẫu gia cường lớp dán dọc+1 lớp bó hơng tồn cột N4 - Mẫu gia cường lớp dán dọc+1 lớp bó hơng cách quãng 43 Xét cấp tải phá hoại, mẫu lệch tâm 0mm, có fc = 49MPa fc = 61MPa có chuyển vị nở hơng giảm lần lƣợt 11.5% 44.8% so với mẫu fc = 28MPa; mẫu lệch tâm 25mm, có fc = 49MPa fc = 61MPa có chuyển vị nở hông giảm lần lƣợt 34.9% 57.8% so với mẫu có fc = 28MPa; mẫu lệch tâm 50mm, có fc = 49MPa fc = 61MPa có chuyển vị nở hông giảm lần lƣợt 32.7% 50.8% so với mẫu có fc = 28MPa Mẫu nén lệch tâm Xét cấp tải phá hoại, mẫu có fc = 28MPa, mẫu lệch tâm 25mm 50mm có chuyển vị nở hông giảm lần lƣợt 3.5% 19.3% so với mẫu tâm; mẫu có fc = 49MPa, mẫu lệch tâm 25mm 50mm có chuyển vị nở hơng giảm lần lƣợt 23.7% 38.6% so với mẫu tâm; mẫu có fc = 61MPa, mẫu lệch tâm 25mm 50mm có chuyển vị nở hơng giảm lần lƣợt 20.9% 28% so với mẫu tâm Mẫu tâm Xét cấp tải phá hoại, mẫu cột có fc = 49MPa fc= 61MPa có chuyển vị nở hông giảm lần lƣợt 11.9% 44.8% so với mẫu cột có fc = 28MPa b) Mẫu cột gia cường CFRP Giai đoạn đầu (từ cấp tải đến cấp tải 58%Pu), quan hệ lực chuyển vị mẫu gia cƣờng giống với mẫu không gia cƣờng Sau (từ cấp tải 52%Pu), vết nứt mẫu cột bắt đầu xuất (quan sát mắt thƣờng), quan hệ lực chuyển vị nở hông mẫu chuyển qua phi tuyến bắt đầu tham gia vào trình chịu lực Khi tải trọng tiếp tục tăng, CFRP bắt đầu có dấu hiệu bong tách khỏi bề mặt bê tông làm phát tiếng kêu lách tách (tại cấp tải 59%Pu), trình nhận biết rõ qua âm nghe đƣợc trình thực nghiệm Sau giai đoạn này, ứng xử phi tuyến mẫu cột thực nghiệm ngày rõ ràng Mẫu cột gia cường hai lớp dán dọc Tại cấp tải phá hoại, chuyển vị nở hơng mẫu có fc = 28MPa, 49MPa, 61MPa, nén lệch tâm 50mm, giảm lần lƣợt giảm 17.7%, 37.7% 28.9% so với mẫu tâm Tại cấp tải phá hoại, chuyển vị nở hơng mẫu có fc = 49MPa fc = 61MPa, nén tâm, giảm lần lƣợt 13.7% 47% so với mẫu có fc = 28MPa; 44 khi, chuyển vị nở hông mẫu fc = 49MPa fc = 61MPa, chịu nén lệch tâm 50mm, giảm lần lƣợt 34.7% 54.2% so với mẫu có fc = 28MPa Mẫu cột gia cường hai lớp dán dọc lớp bó hơng cách qng Tại cấp tải phá hoại, mẫu có fc = 49MPa, nén lệch tâm 25mm 50mm, chuyển vị nở hông mẫu giảm lần lƣợt 27% 38.1% so với mẫu nén tâm; mẫu có fc = 61MPa, nén lệch tâm 50mm, chuyển vị nở hông mẫu giảm 25.1% so với mẫu tâm Tại cấp tải phá hoại, mẫu nén tâm, chuyển vị nở hơng mẫu có fc= 49MPa fc = 61MPa giảm lần lƣợt 14.4% 48% so với mẫu có fc = 28MPa; mẫu lệch tâm 50mm, mẫu có fc = 49MPa fc = 61MPa, chuyển vị nở hông mẫu giảm lần lƣợt 35.3% 52.4% so với mẫu có fc = 28MPa Mẫu cột gia cường hai lớp dán dọc lớp bó hông liên tục Tại cấp tải phá hoại, chuyển vị nở hơng mẫu có fc = 49MPa, nén lệch tâm 25mm 50mm, giảm lần lƣợt 29.6% 42.1% so với mẫu nén tâm 4.3.3 Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến chuyển vị cột a) Chuyển vị dọc trục u,v Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến chuyển vị dọc trục (u,v) cột đƣợc thể Hình 5.12 Nhóm mẫu đƣợc gia cƣờng CFRP làm tăng đáng kể giá trị chuyển vị dọc trục cuối (u,v) cột Tuy nhiên, gia tăng nhóm mẫu N2 (gia cƣờng lớp dán dọc) không đáng kể so với gia tăng mẫu gia cƣờng dán dọc có bó hơng (cách qng - nhóm N4 liên tục - nhóm N3), lớp dán dọc khơng tạo đƣợc hiệu ứng bó hơng Giá trị chuyển vị dọc trục cuối u,v nhóm N4 (2 lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng), chịu nén tâm, 4.34mm, tăng 1.23 lần so với nhóm N2 (2 lớp dán dọc); đó, giá trị chuyển vị dọc trục cuối u,v nhóm N3 (2 lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục), chịu nén tâm 4.75mm tăng 1.29 lần so với nhóm N2 (2 lớp dán dọc) So sánh chuyển vị dọc trục cuối mẫu cột nhóm N3 (2 lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục) mẫu cột nhóm N4 (2 lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng), chuyển vị nhóm N3 lớn nhóm N4 xấp xỉ 9.5%, khi, diện tích gia cƣờng bó hơng nhóm cột N3 lớn nhóm cột N4 đến hai lần 45 (a) e = 0mm (b) e = 50mm (c) e = 25mm Hình 4.12: Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến chuyển vị dọc trục cột Tỉ số u,v/N1 tỉ số chuyển vị dọc mẫu cột với chuyển vị cột khơng gia cường (xét nhóm lệch tâm e=0, 25, 50mm) Điều cho thấy, xét hiệu việc cải thiện khả biến dạng dọc trục cột, phƣơng pháp gia cƣờng bó hông liên tục không thật trội so với phƣơng pháp gia cƣờng bó hơng cách qng Một số kết so sánh cụ thể chuyển vị cuối mẫu có phƣơng pháp gia cƣờng khác nhƣ sau: Nhóm mẫu cột có e=0 (đúng tâm) Mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa, chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2) mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 10.3% 30.2% so với mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1) Tƣơng tự, mẫu cột có cƣờng độ bê tơng 46 fc=49MPa, chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2), mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4), mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (nhóm N3) tăng lần lƣợt 7.8%, 20.4%, 31.7% so với mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1) Đối với mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa, chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2) mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 4.5% 16.7% so với mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1) Nhóm mẫu cột có e=25mm Chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=49MPa, đƣợc gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (nhóm N3) tăng lần lƣợt 30.7% 37.2% so với mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1) Nhóm mẫu có e=50mm Mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa, chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2) mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 21.5% 20.5% so với mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1) Tƣơng tự, mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa, chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2), mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4), mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (nhóm N3) tăng lần lƣợt 9.9%, 21.7%, 31.7% so với mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1) Đối với mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa, chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2) mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 5.0% 17.9% so với mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1) b) Chuyển vị nở hông Ảnh hƣởng cách thức gia cƣờng đến chuyển vị nở hông cột đƣợc thể Hình 5.13 Theo đó, phƣơng pháp gia cƣờng có ảnh hƣởng lớn đến chuyển vị nở hơng (u,h) cột Tấm bó hơng liên tục làm tăng khả biến dạng nở hông cột đáng kể so với bó hơng cách qng Điều cho thấy xét 47 tính hiệu việc cải thiện khả kháng biến dạng nở hông, cách gia cƣờng bó hơng cách qng tiết kiệm đƣợc chi phí đáng kể so với bó hơng liên tục, nhƣng hiệu thật không cao Cụ thể nhƣ sau: Nhóm mẫu cột có e=0 (đúng tâm) Mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa, chuyển vị nở hông lớn u,h mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2) mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 11.8% 17.3% so với mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1) Tƣơng tự, mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa, chuyển vị nở hông lớn u,h mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2), mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4), mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (nhóm N3) tăng lần lƣợt 9.6%, 14.5%, 23.3% so với mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1) Đối với mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa, chuyển vị nở hông lớn u,h mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2) mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 8.2% và12.1% so với mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1) Nhóm mẫu cột có e=25mm Chuyển vị nở hơng lớn u,h mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa, đƣợc gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (nhóm N3) tăng lần lƣợt 10.6% 16.9% so với mẫu không gia cƣờng (nhóm N1) Nhóm mẫu có e=50mm Mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa, chuyển vị nở hơng lớn u,h mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2) mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách quãng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 13.5% 18.4% so với mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1) Tƣơng tự, mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa, chuyển vị nở hông lớn u,h mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2), mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách quãng (nhóm N4), mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (nhóm N3) tăng lần lƣợt 10.9%, 15.1%, 18.6% so với mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1) Đối với mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa, chuyển vị nở hông lớn u,h 48 mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2) mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 7.1% 15.5% so với mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1) fc=28MPa 1,400 fc=28MPa 1,400 fc=49MPa fc=49MPa fc=61MPa 1,300 fc=61MPa 1,300 1,200 u/N1 u/N1 1,200 1,100 1,100 1,00 1,00 ,900 ,900 N1 N2 N3 N1 N4 (a) e = 0mm N2 N3 N4 (b) e = 50mm Ghi chú: 1,400 fc=49MPa N1 – Nhóm mẫu khơng gia cường N2 – Nhóm mẫu lớp dán dọc 1,200 N3 – Nhóm mẫu lớp dán dọc + lớp bó 1,100 hơng liên tục u/N1 1,300 N4 – Nhóm mẫu lớp dán dọc + lớp bó 1,00 hơng cách qng ,900 N1 N4 N3 (c) e = 25mm Hình 4.13: Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến chuyển vị nở hông cột Tỉ số u,h /N1 tỉ số chuyển vị nở hông mẫu cột với chuyển vị cột khơng gia cường (xét nhóm lệch tâm) 4.3.4 Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến chuyển vị cột độ lệch tâm thay đổi a) Chuyển vị dọc trục u,v Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến chuyển vị dọc trục cột đƣợc thể Hình 5.14 Trong nhóm mẫu (cùng hình thức gia cƣờng cƣờng độ bê tơng), mẫu có độ lệch tâm lớn hơn, chuyển vị dọc trục bé 49 Nhóm mẫu cột khơng gia cường (nhóm N1) Mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa, chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu cột chịu nén lệch tâm 25mm 50mm giảm lần lƣợt 22.9% 31% so với mẫu cột tâm Tƣơng tự, mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa, chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu cột chịu nén lệch tâm 25mm 50mm giảm lần lƣợt 12.8% 16.8% so với mẫu cột tâm Đối với mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa, chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu cột lệch tâm 25mm 50mm giảm lần lƣợt 10% 13.1% so với mẫu cột tâm Nhóm mẫu cột gia cường lớp dán dọc (nhóm N2) Chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa, = 49MPa, fc =61MPa, chịu nén lệch tâm 50mm giảm lần lƣợt 24%, 15.2% 12.6% so với mẫu cột tâm Nhóm mẫu cột gia cường lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) Chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa, nén lệch tâm 50mm, giảm 28.01% so với mẫu cột tâm Tƣơng tự, chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa, nén lệch tâm 25mm 50mm giảm lần lƣợt 5.4% 13% so với mẫu cột tâm Chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=61MPa, nén lệch tâm 50mm, giảm 12.2% so với mẫu cột tâm Nhóm mẫu cột gia cường lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (nhóm N3) Chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa, lệch tâm 25mm 50mm giảm lần lƣợt 9.1% 16% so với mẫu cột tâm 50 fc=28MPa 1,200 fc=49MPa fc=28MPa 1,200 fc=49MPa fc=61MPa fc=61MPa 1,00 u/e0 u/e0 1,00 ,800 ,800 ,600 ,600 25 50 75 e(mm) (a) Nhóm N1 e(mm) 50 75 (b) Nhóm N2 fc=49MPa 1,200 25 fc=28MPa fc=49MPa 1,200 fc=61MPa u/e0 u/e0 1,00 ,800 1,00 ,800 ,600 ,600 25 e(mm) 50 75 (c) Nhóm N3 25 e(mm) 50 75 (d) Nhóm N4 Hình 4.14: Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến chuyển vị dọc trục cột Tỉ số u,v/e0 tỉ số chuyển vị dọc trục mẫu cột với chuyển vị cột nén tâm (xét nhóm gia cường N1, N2, N3, N4) Ghi chú: N1 - Nhóm mẫu khơng gia cường N2 - Nhóm mẫu gia cường lớp dán dọc N3 - Nhóm mẫu gia cường lớp dán dọc +1 lớp bó hơng liên tục N4 - Nhóm mẫu gia cường lớp dán dọc +1 lớp bó hơng cách qng b) Chuyển vị nở hơng u,h Nhóm mẫu cột khơng gia cường (nhóm N1) Mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa, chuyển vị nở hông lớn u,h mẫu cột lệch tâm 25mm mẫu cột lệch tâm 50mm giảm lần lƣợt 3.54% 19.31% so với mẫu cột tâm Tƣơng tự, mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa, chuyển vị nở hông lớn u,h mẫu cột lệch tâm 25mm mẫu 51 cột gia lệch tâm 50mm giảm lần lƣợt 23.79% 38.6% so với mẫu cột tâm Đối với mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=61MPa, chuyển vị nở hông lớn u,h mẫu cột lệch tâm 25mm mẫu cột gia lệch tâm 50mm giảm lần lƣợt 20.95% 28.07% so với mẫu cột tâm Nhóm mẫu cột gia cường lớp dán dọc (nhóm N2) Mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=28MPa, chuyển vị nở hông lớn u,h mẫu cột lệch tâm 50mm giảm 17.73% so với mẫu cột tâm Tƣơng tự, mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa, chuyển vị nở hơng lớn u,h mẫu cột lệch tâm 50mm giảm 37.71% so với mẫu cột tâm Đối với mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa, chuyển vị nở hông lớn u,h mẫu cột lệch tâm 50mm giảm 28.92% so với mẫu cột tâm Nhóm mẫu cột gia cường lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) Mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=28MPa, chuyển vị nở hông lớn u,h mẫu cột lệch tâm 50mm giảm 18.24% so với mẫu cột tâm Tƣơng tự, mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=49MPa, chuyển vị nở hông lớn u,h mẫu cột lệch tâm 25mm mẫu cột gia lệch tâm 50mm giảm lần lƣợt 27.08% 38.19% so với mẫu cột tâm Đối với mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa, chuyển vị nở hông lớn u,h mẫu cột lệch tâm 50mm giảm 25.16% so với mẫu cột tâm Nhóm mẫu cột gia cường lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (nhóm N3) Mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=49MPa, chuyển vị nở hông lớn u,h mẫu cột lệch tâm 25mm mẫu cột gia lệch tâm 50mm giảm lần lƣợt 29.65% 42.15% so với mẫu cột tâm Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến chuyển vị nở hông u,h cột đƣợc thể Hình 5.15 Qua cho thấy, yếu tố độ lệch tâm có ảnh hƣởng lớn đến u,h cột Mẫu có độ lệch tâm lớn dẫn đến u,h cột giảm 52 fc=28MPa fc=28MPa 1,250 fc=49MPa 1,250 fc=49MPa fc=61MPa 1,000 fc=61MPa u/e0 u/e0 1,000 ,750 ,750 ,500 ,500 25 e(mm) 50 75 25 50 75 e(mm) (a) Nhóm N1 (b) Nhóm N2 fc=49MPa 1,250 fc=28MPa 1,250 fc=49MPa fc=61MPa 1,000 u/e0 u/e0 1,000 ,750 ,750 ,500 ,500 25 e(mm) 50 75 (c) Nhóm N3 25 e(mm) 50 75 (d) Nhóm N4 Hình 4.15: Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến chuyển vị nở hông cột Lƣu chú: Tỉ số u,h/e0 tỉ số chuyển vị nở hông mẫu cột với chuyển vị cột nén tâm (xét nhóm gia cường N1, N2, N3, N4) Ghi chú: N1 - Nhóm mẫu khơng gia cường N2 - Nhóm mẫu gia cường lớp dán dọc N3 - Nhóm mẫu gia cường lớp dán dọc +1 lớp bó hơngliên tục N4 - Nhóm mẫu gia cường lớp dán dọc +1 lớp bó hơng cách qng 53 4.3.5 Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến chuyển vị cột a) Chuyển vị dọc trục Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến chuyển vị dọc trục cột đƣợc thể Hình 5.16 Nhóm mẫu cột tâm Mẫu cột không gia cƣờng, chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột bê tơng có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 23.3% 43.5% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Tƣơng tự, mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc, chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột bê tơng có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 25.1% 46.5% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Đối với mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng, chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột bê tơng có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 29.1% 49.3% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 25mm Mẫu cột không gia cƣờng, chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa mẫu cột bê tông có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa giảm lần lƣợt 13.3% 34.1% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 50mm Mẫu cột khơng gia cƣờng, chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột bê tơng có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa giảm lần lƣợt 7.6% 28.8% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Tƣơng tự, mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc, chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột bê tơng có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa giảm lần lƣợt 16.4% 38.5% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Đối với mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách quãng, chuyển vị dọc trục lớn u,v mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột bê tơng có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa giảm lần lƣợt 15.1% 38.2% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa 54 không gia cường 1,200 lớp dán dọc khơng gia cường 1,200 lớp dán dọc-1 bó hơng cách qng u/fc28 ,800 lớp dán dọc-1 bó hông cách quãng 1,00 u/fc28 1,00 lớp dán dọc ,800 ,600 ,600 ,400 ,400 28 49 61 70 fc (a) e=0mm 28 49 61 70 fc (b) e=50mm không gia cường 1,200 u/fc28 1,00 ,800 ,600 ,400 28 49 61 70 fc (c) e=25mm Hình 4.16: Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến chuyển vị dọc trục cột Mẫu có cƣờng độ bê tơng lớn, mẫu giòn dẫn đến chuyển vị cột bé Đồng thời, mẫu bê tông cƣờng độ thấp đƣợc gia cƣờng, CFRP làm tăng mức độ dẻo dai cột nhiều so với cột cƣờng độ cao Đối với bê tơng có cƣờng độ lớn độ giảm chuyển vị dọc trục giảm so với bê tơng có cƣờng nhỏ 55 b) Chuyển vị nở hông không gia cường không gia cường 1,200 1,200 lớp dán dọc lớp dán dọc-1 bó hơng cách quãng 1,00 ,800 lớp dán dọc lớp dán dọc-1 bó hơng cách qng 1,00 u/fc28 u/fc28 ,800 ,600 ,600 ,400 ,400 28 49 61 70 fc (a) e = 0mm 28 49 61 fc 70 (b) e = 50mm không gia cường 1,200 u/fc28 1,00 ,800 ,600 ,400 28 49 61 70 fc (c) e = 25mm Hình 4.17: Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến chuyển vị nở hông cột Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến chuyển vị nở hông cột đƣợc thể Hình 5.17 Mẫu có cƣờng độ bê tơng cao, mức độ giảm chuyển vị lớn Kết cụ thể đƣợc trình bày dƣới đây: Nhóm mẫu cột tâm Chuyển vị nở hông lớn u,h mẫu cột khơng gia cƣờng, có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa fc=61MPa, giảm lần lƣợt 11.6% 44.8% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Chuyển vị nở hơng lớn u,h mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc, có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa fc=61MPa, giảm lần lƣợt 13.7% 47.0% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Đối với mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách quãng, chuyển vị nở hông lớn u,h mẫu có cƣờng 56 độ bê tơng fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 14.5% 48.0% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 25mm Mẫu cột không gia cƣờng, chuyển vị nở hông lớn u,h mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 34.9% 57.8% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 50mm Mẫu cột không gia cƣờng, chuyển vị nở hơng lớn u,h mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột bê tơng có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 32.7% 50.8% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Tƣơng tự, mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc, chuyển vị nở hơng lớn u,h mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 34.7% 54.2% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Đối với mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng, chuyển vị nở hơng lớn u,h mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 35.3% 52.4% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa 4.3.6 Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến khả chịu nén cột độ lệch tâm thay đổi Hình 5.18 cho thấy ảnh hƣởng độ lệch tâm đến khả chịu nén cột thực nghiệm Xu hƣớng chung là, cột có cƣờng độ bê tơng thấp độ lệch tâm lớn, khả chịu nén cột bé Sự giảm khả chịu lực cột độ lệch tâm tăng diễn rõ ràng mẫu cột không gia cƣờng so với cột đƣợc gia cƣờng, đặc biệt với mẫu đƣợc gia cƣờng bó hơng Kết cụ thể nhƣ sau: Nhóm mẫu có cường độ bê tơng fc=28MPa Khả chịu nén, Pu, nhóm mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1), chịu nén lệch tâm với e =25 50mm, giảm lần lƣợt 37.6% 55.7% so với mẫu chịu nén tâm, e = Khả chịu nén, Pu, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2) mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4), chịu nén lệch tâm với e= 50mm, giảm lần lƣợt 51.7% 92.3% so với mẫu chịu nén tâm, e = 57 Nhóm mẫu có cường độ bê tông fc=49MPa Khả chịu nén, Pu, nhóm mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1), chịu nén lệch tâm với e =25 50mm, giảm lần lƣợt 29.4% 42.6% so với mẫu chịu nén tâm, e = Khả chịu nén, Pu, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2), chịu nén lệch tâm với e =50mm, giảm 37.6% so với mẫu chịu nén tâm, e = Nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (nhóm N3), chịu nén lệch tâm với e =25 50mm, có Pu giảm lần lƣợt 28.2% 54.3%, 22.5% 61.3% so với mẫu chịu nén tâm, e = Nhóm mẫu có cường độ bê tơng fc=61MPa, Nhóm mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1), chịu nén lệch tâm với e =25 50mm, có Pu giảm lần lƣợt 17.9% 40% so với mẫu chịu nén tâm, e = Tƣơng tự, khả chịu nén, Pu, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2) nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4), chịu nén lệch tâm với e =50mm, giảm lần lƣợt 35.5% 51.2% so với mẫu chịu nén tâm 58 fc=28MPa 1,200 fc=49MPa fc=61MPa fc=49MPa fc=61MPa 1,00 Pu/Pe0 Pu/Pe0 1,00 fc=28MPa 1,200 ,800 ,800 ,600 ,600 ,400 ,400 25 50 75 25 e(mm) 50 75 e(mm) (a) Nhóm N1 (b) Nhóm N2 fc=28MPa 1,200 fc=49MPa fc=61MPa fc=49MPa 1,00 Pu/Pe0 Pu/Pe0 1,00 1,200 ,800 ,800 ,600 ,600 ,400 ,400 25 50 e(mm) (c) Nhóm N4 75 25 50 75 e(mm) (d) Nhóm N3 Hình 4.18: Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến khả chịu nén cột Ghi chú: Tỉ số Pu/Pe0 tỉ số lực phá hủy cột với cột có độ lệch tâm e=0mm (nén tâm) 4.3.7 Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến khả chịu nén cột Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến khả chịu nén cột đƣợc thể Hình 5.19 Đối với mẫu cột không gia cƣờng, gia tăng khả chịu nén cột ứng với mẫu cƣờng độ bê tông fc=49MPa khoảng 1.27 đến 2.0 lần so với mẫu bê tông cƣờng độ fc=28MPa Tƣơng tự, gia tăng khả chịu nén cột ứng với mẫu cƣờng độ bê tông fc=61MPa khoảng 1.57 đến 2.13 lần so với mẫu bê tông cƣờng độ fc=28MPa Đối với mẫu gia cƣờng, cƣờng độ bê tông tăng, gia tăng khả chịu nén cột ứng với mẫu bê tông cƣờng độ fc=49MPa mẫu bê tông cƣờng độ fc=61MPa lần lƣợt 1.29 đến 2.0 lần 1.59 đến 2.54 lần so với mẫu bê tông cƣờng độ fc=28MPa 59 không gia cường 2,600 2,400 2,200 2,00 1,800 1,600 1,400 1,200 1,00 ,800 lớp dán dọc Pu/P0 Pu/P0 lớp dán dọc-1 bó hơng cách quãng không gia cường 2,600 2,400 2,200 2,00 1,800 1,600 1,400 1,200 1,00 ,800 28 49 61 70 fc 28 49 61 70 fc (a) e = 0mm (b) e = 25mm không gia cường 2,600 2,400 2,200 2,00 1,800 1,600 1,400 1,200 1,00 ,800 lớp dán dọc Pu/P0 lớp dán dọc-1 bó hơng cách qng 28 49 61 70 fc (c) e=50mm Hình 4.19: Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến khả chịu nén cột Nhóm mẫu cột nén tâm Khả chịu nén, Pu, nhóm mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1), mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc= 49MPa mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa, tăng lần lƣợt 21.5% 36.37% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc= 28MPa Khả chịu nén,Pu, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2), mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc= 61MPa, tăng lần lƣợt 19.81% 34.88% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa Khả chịu nén, Pu, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4), mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=61MPa, tăng lần lƣợt 21.36% 37.24% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa 60 Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 25mm Khả chịu nén, Pu, nhóm mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1), mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa, tăng lần lƣợt 30.22% 30.73% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc= 28MPa Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 50mm Khả chịu nén, Pu, nhóm mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1), mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc= 49MPa mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc= 61MPa, tăng lần lƣợt 39.09% 53.06% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa Khả chịu nén, Pu, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2), mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột có cƣờng độ bê tông fc=61MPa, tăng lần lƣợt 37.95% 51.22% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa Khả chịu nén, Pu, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc +1 lớp bó hơng cách qng (nhóm N4), mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa, tăng lần lƣợt 37.09% 50.3% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa 4.3.8 Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến khả chịu nén cột Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến khả chịu nén cột đƣợc thể Hình 5.20 Nhìn chung, CFRP gia cƣờng làm tăng đáng kể khả chịu nén cột Các phƣơng pháp gia cƣờng khác (2 lớp dán dọc, lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng, lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục), có ảnh hƣởng đến khả chịu nén, Pu, chúng, nhƣng không đáng kể Phƣơng pháp gia cƣờng bó hơng liên tục, có diện tích gia cƣờng gấp đơi so với phƣơng pháp gia cƣờng bó hơng cách qng, nhƣng hiệu cách gia cƣờng cách quãng mang lại không cao, mà khả chịu nén, Pu , nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) tăng 1.1 lần so với nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2), khả chịu nén, Pu, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (nhóm N3) tăng 1.12 lần so với nhóm N2 Một số kết so sánh cụ thể nhƣ sau: 61 Nhóm mẫu cường độ bê tông fc=28MPa Mẫu chịu nén tâm, khả chịu nén Pu, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2) mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách quãng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 3.5% 6.7% so với nhóm mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1) Tƣơng tự, mẫu nén lệch tâm 50mm, khả chịu nén Pu, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2) mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 11.6% 20.6% so với nhóm mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1) Nhóm mẫu cường độ bê tông fc=49MPa Mẫu chịu nén tâm, khả chịu nén Pu, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2), mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (nhóm N3) tăng lần lƣợt 2%, 7.4% 12.8% so với nhóm mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1) Tƣơng tự, mẫu nén lệch tâm 25mm, khả chịu nén Pu, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (nhóm N3) tăng lần lƣợt 16.3% 24.7% so với nhóm mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1) Đối với mẫu nén lệch tâm 50mm, khả chịu nén Pu, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2), mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (nhóm N3) tăng lần lƣợt 9.9%, 18.0% 19.4% so với nhóm mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1) Nhóm mẫu cường độ bê tông fc=61MPa Mẫu chịu nén tâm, khả chịu nén Pu, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2) mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách quãng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 1.2% 8.0% so với nhóm mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1) Tƣơng tự, mẫu nén lệch tâm 50mm, khả chịu nén Pu, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2) mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) tăng lần lƣợt 8.1% 16.0% so với nhóm mẫu khơng gia cƣờng (nhóm N1) 62 fc=28MPa fc=28MPa 1,400 1,400 fc=49MPa fc=61MPa 1,300 1,200 fc=49MPa fc=61MPa 1,300 Pu/PN1 Pu/PN1 1,200 1,100 1,100 1,00 1,00 ,900 N1 N2 N4 ,900 N3 N1 (a) e = 0mm N2 N4 N3 (b) e = 50mm fc=49MPa 1,400 Ghi chú: N1 - không gia cường 1,200 N2 - lớp dán dọc 1,100 N3 -2 lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục Pu/PN1 1,300 1,00 N4 - lớp dán dọc + lớp bó hơng cách ,900 qng N1 N4 N3 (c) e = 25mm Hình 4.20: Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến khả chịu nén cột 4.4 Quan hệ lực - biến dạng CFRP 4.4.1 Tấm CFRP bó hơng Tấm CFRP đóng vai trị kháng lại nở hơng cột Mức độ kháng nở hông lớn, cột tăng khả chịu nén dọc trục Quan hệ lực biến dạng CFRP gia cƣờng đƣợc tổng hợp Hình 5.21 Nhìn chung, ứng xử CFRP mẫu cột có cƣờng độ bê tơng tƣơng đồng Các mẫu cột bê tông gia cƣờng có cƣờng độ khác độ dốc giai đoạn đầu biểu đồ khác nhau, bê tơng có cƣờng độ cao độ dốc biểu đồ lớn Trong giai đoạn đầu (từ cấp tải đến cấp tải 52%Pu), cột làm việc đàn hồi, CFRP làm việc hầu nhƣ không đáng kể, sau giai đoạn này, mà vết nứt bê tông cột xuất dƣới tác dụng ứng suất nén, lúc đƣờng cong lực - biến dạng CFRP bắt đầu phi tuyến Vết nứt bắt đầu xuất mẫu cột có 63 fc=28MPa, 49MPa, 61MPa lần lƣợt cấp tải xấp xỉ 35%Pu, 45%Pu, 55%Pu Điều cho thấy khác biệt giai đoạn làm việc tuyến tính mẫu cột có cƣờng độ khác nhau, CFRP bắt đầu tham gia vào q tình chịu lực sớm với bê tơng có cƣờng độ thấp Sau giai đoạn này, mà vết nứt bê tông cột xuất ngày nhiều dƣới tác dụng ứng suất nén, khác biệt biến dạng CFRP cột rõ ràng (a) lớp dán dọc+1 bó hơng cách quãng (b) lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục Hình 4.21: Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng CFRP bó hơng Ghi chú: C0, C50 - Tương ứng với độ lệch tâm 0mm và50mm; M1, M2, M3 - Tương ứng với cường độ bê tông fc=28MPa, 49MPa, 61MPa Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng CFRP bó hông (CFRP,h ) Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng bó hơng CFRP đƣợc thể Hình 5.22 Mẫu chịu nén tâm, biến dạng bó hơng lớn CFRP CFRP,h mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (nhóm N3) tăng 0.6% so với mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) Tƣơng tự, mẫu nén lệch tâm 25mm, biến dạng bó hơng lớn CFRP CFRP,h mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (nhóm N3) tăng 28.5% so với mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) Đối với mẫu lệch tâm 50mm, biến dạng bó hơng lớn CFRP CFRP,h mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (nhóm N3) 64 tăng 50.4% so với mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách quãng (nhóm N4) (a) e = 0mm (b) e =2 5mm Ghi chú: N3 - Nhóm mẫu lớp dán dọc + bó hơng tồn cột N4 - Nhóm mẫu lớp dán dọc + bó hơng cách quãng (c) e = 50mm Hình 4.22: Biểu đồ quan hệ lực - biến dạng CFRP bó hơng có độ lệch tâm e = 0mm 1,600 e = 25mm e = 50mm CFRP-N3/CFRP-N4 1,400 1,200 1,00 ,800 N4 N3 Hình 4.23: Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng bó hơng CFRP 65 Ghi chú: Tỉ số CFRP-N3/CFRP-N4 tỉ số biến dạng bó hơng nhóm N3 với biến dạng bó hơng nhóm mẫu N4 (xét nhóm lệch tâm e=0, 25, 50mm) N3 - Nhóm mẫu lớp dán dọc + bó hơng tồn cột N4 - Nhóm mẫu lớp dán dọc + bó hông cách quãng Ảnh hƣởng cƣờng độ đến biến dạng bó hơng CFRP (CFRP-h) Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tơng đến biến dạng bó hơng CFRP đƣợc thể Hình 5.23 Đối với mẫu cột chịu nén tâm, cột chịu nén, chế phá hoại mẫu đƣợc định biến dạng nở hông bê tông Cơ chế giúp cho CFRP bó hơng phát huy gần nhƣ tối đa khả làm việc chúng; vậy, biến dạng bó hơng cực hạn CFRP bó hơng xấp xỉ gần nhƣ mẫu có cƣờng độ bê tông khác (fc=28MPa, 49MPa, 61MPa) Đối với mẫu chịu nén lệch tâm, chế phá hủy đƣợc bắt đầu ứng suất kéo bê tông thớ chịu kéo cột đƣợc định ứng suất nén thớ chịu nén cột (mẫu cột bị phá hoại bê tông bị nén vỡ CFRP chƣa đạt đến giới hạn phá hủy); vậy, tham gia CFRP bó hơng vào khả chịu lực cột không rõ ràng nhƣ trƣờng hợp nén tâm Cơ chế làm cho yếu tố độ lớn cƣờng độ bê tơng đóng vai trị định vai trị CFRP bó hơng thứ yếu; vậy, cƣờng độ bê tơng cao, tính chất định bê tông thể rõ nét đóng góp CFRP giảm Kết cụ thể nhƣ sau: Nhóm mẫu tâm Mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng, biến dạng bó hơng lớn CFRP CFRP,h mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa fc=61MPa tăng lần lƣợt 16.2% 23.7% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa Nhóm mẫu lệch tâm 50mm Mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng, biến dạng bó hơng lớn CFRP CFRP,h mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 32.0% 56.5% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa 66 1,00 lớp dán dọc-1 bó hơng cách quãng 1,200 CFRP-fc/CFRP-fc28 CFRP-fc/CFRP-fc28 lớp dán dọc-1 bó hông cách quãng 1,200 ,800 ,600 1,00 ,800 ,600 ,400 ,400 28 49 fc 61 28 70 (a) e = 0mm 49 fc 61 70 (b) e = 50mm Hình 4.24: Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng bó hơng CFRP Tỉ số CFRP-fc/CFRP-fc28 tỉ số biến dạng bó hơng tấmCFRP mẫu có cường độ bê tơng với CFRP mẫu có cường độ fc=28MPa (xét nhóm lệch tâm) Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng bó hơng CFRP độ lệch tâm thay đổi fc=28MPa 1,200 1,200 1,00 fc=61MPa 1,00 ,800 CFRP-e/CFRP-e0 CFRP-e/CFRP-e0 fc=49MPa ,800 fc=49MPa ,600 ,400 25 (mm) (a) nhóm N3 50 75 ,600 ,400 25 (mm) 50 75 (b) nhóm N4 Hình 4.25: Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tơng đến biến dạng bó hơng CFRP độ lệch tâm thay đổi Ghi chú: N3 - Nhóm mẫu lớp dán dọc + lớp bó hơng tồn cột N4 - Nhóm mẫu lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tơng đến biến dạng bó hơng CFRP độ lệch tâm thay đổi đƣợc thể Hình 5.24 Mẫu có độ lệch tâm lớn làm biến dạng bó hơng CFRP CFRP,h giảm đáng kể so với mẫu có độ lệch tâm bé Mẫu 67 lệch tâm 50mm có biến dạng bó hông lớn CFRP CFRP-h tăng gấp đôi so với mẫu lệch tâm 25mm Cụ thể nhƣ sau: Nhóm mẫu gia cường lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục Mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa, biến dạng bó hơng lớn CFRP CFRP-h mẫu lệch tâm 25mm 50mm giảm lần lƣợt 29.65% 42.15% so với mẫu nén tâm Nhóm mẫu gia cường lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng Mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa, biến dạng bó hơng lớn CFRP CFRP-h mẫu nén lệch tâm 50mm giảm 18.24% so với mẫu nén tâm Tƣơng tự, mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa, biến dạng bó hông lớn CFRP CFRP-h mẫu nén lệch tâm 25mm 50mm giảm lần lƣợt 27.08% 38.19% so với mẫu nén tâm Đối với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa, biến dạng bó hông lớn CFRP CFRP-h mẫu nén lệch tâm 50mm giảm 25.16% so với mẫu nén tâm 4.4.2 Biến dạng CFRP dán dọc chịu kéo Tấm CFRP dán dọc thớ kéo đóng vai trị kháng uốn q trình cột chịu nén lệch tâm Quan hệ lực biến dạng CFRP gia cƣờng dán dọc đƣợc tổng hợp Hình 5.25 Nhìn chung, ứng xử CFRP mẫu cƣờng độ tƣơng đồng Các mẫu cột bê tơng gia cƣờng có cƣờng độ khác nhau, độ dốc giai đoạn đầu (cấp tải đến cấp tải 60%Pu) biểu đồ khác nhau, bê tơng có cƣờng độ cao, độ dốc biểu đồ lớn Trong giai đoạn đầu (cấp tải đến cấp tải 65%Pu), cột làm việc đàn hồi, CFRP làm việc hầu nhƣ không đáng kể Sau giai đoạn này, mà vết nứt bê tơng cột xuất (mẫu cột có fc=28MPa - 44%Pu, mẫu cột có fc=49MPa - 58%Pu, mẫu cột có fc=61MPa – 67%Pu), quan hệ lực - biến dạng CFRP dán dọc bắt đầu dần phi tuyến Giai đoạn làm việc tuyến tính mẫu cột có cƣờng độ khác khơng giống nhau, mẫu cột có cƣờng độ bê tông thấp bắt đầu làm việc phi tuyến sớm CFRP bắt đầu tham gia vào trình chịu lực nhanh (tốc phát triển biến dạng nhanh hơn) Sau giai đoạn này, mà vết nứt bê tông cột xuất ngày nhiều, khác biệt biến dạng CFRP cột rõ ràng Cụ thể mẫu gia cƣờng lớp dán dọc, nén lệch tâm 68 50mm, biến dạng dọc lớn CFRP mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa fc=61MPa lần lƣợt 2.82‰ 1.82‰ nhỏ biến dạng dọc lớn mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa (=5.2‰) 0.54 0.35 lần; tƣơng tự, mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hông cách quãng, nén lệch tâm 50mm, biến dạng dọc lớn CFRP mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa fc=61MPa lần lƣợt 2.62‰ 1.38‰ nhỏ biến dạng dọc lớn mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa (=4.98‰) 0.53 0.28 lần 2VC50-M1-N2 2VC50-M2-N2 2VC50-M3-N2 2V1HC50-M1-N4 2V1HC50-M2-N4 2V1HC50-M3-N4 2500 P (KN) 2000 1500 1000 500 0 (‰) Hình 4.26: Quan hệ lực - biến dạng CFRP dán dọc cột chịu nén lệch tâm 50mm với cách gia cƣờng khác M1, M2, M3 - Tương ứng với cường độ bê tông fc=28MPa, 49MPa, 61MPa N2 - Gia cường lớp dán dọc N4 - Gia cường lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng C50 - Nén lệch tâm với e =50mm 69 Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng CFRP dán dọc lớp dán dọc 1,200 lớp dán dọc-1 bó hơng cách qng CFRP-fc/CFRP-fc28 1,00 ,800 ,600 ,400 ,200 28 49 61 70 fc Hình 4.27: Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng dọc CFRP nhóm mẫu lệch tâm 50mm Ghi chú: Tỉ số CFRP-v /CFRP,v-fc28 tỉ số biến dạng dán dọc mẫu cột có cường độ bê tơng với biến dạng mẫu có cường độ fc=28MPa (xét nhóm lệch tâm 50mm) Hình 5.26 thể ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng CFRP dán dọc nhóm mẫu chịu nén lệch tâm 50mm Kết cho thấy cƣờng độ bê tông tăng lên, biến dạng CFRP dán dọc giảm Cụ thể, mẫu gia cƣờng lớp dán dọc, biến dạng lớn dán dọc mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 49.6% 68.5% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa Tƣơng tự, mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hông cách quãng, biến dạng lớn dán dọc mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 51.1% 71.3% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa 70 Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng CFRP dán dọc CFRP,v/CFRP,v-N2 1,000 fc=49MPa ,950 ,900 ,850 ,800 N2 N4 N3 Hình 4.28: Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng CFRP dán dọc nhóm mẫu nén lệch tâm 50mm Ghi chú: Tỉ số CFRP-v /CFRP,v-fc28 tỉ số biến dạng tấmdán dọc mẫu cột có fc = 49 MPa, gia cường có bó hơng khơng có bó hơng,chịu nén lệch tâm 50 mm Biến dạng lớn CFRP dán dọc mẫu có fc = 49MPa, đƣợc gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách quãng mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục lớn (là 2.96‰ 3.02‰) lần lƣợt 62.6% 65.9% so với mẫu gia cƣờng lớp dán dọc (Hình 5.27) Điều vì, mẫu đƣợc gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục dẻo dai hơn, bó hơng liên tục làm việc hiệu bó hơng cách qng nên mẫu bị phá hoại, bó hơng bị xé rách kéo theo bong tách dán dọc, biến dạng lớn CFRP dán dọc mẫu đƣợc gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hông liên tục lớn mẫu đƣợc gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách quãng 71 Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng CFRP dán dọc độ lệch tâm thay đổi fc=28MPa 1,200 fc=49MPa 1,00 1,00 CFRP,v/CFRP,v-e0 CFRP,v/CFRP,v-e0 fc=61MPa fc=49MPa 1,200 ,800 ,800 ,600 ,600 ,400 ,400 ,200 ,200 ,00 ,00 25 (mm) 50 75 (a) lớp dán dọc 25 (mm) 50 75 (b) lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục fc=28MPa fc=49MPa fc=61MPa 1,200 CFRP,v/CFRP,v-e0 1,00 ,800 ,600 ,400 ,200 ,00 25 (mm) 50 75 (c) lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng Hình 4.29: Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến biến dạng CFRP dán dọc Ghi chú: Tỉ số CFRP-v /CFRP,v-e0 tỉ số biến dạng tấmdán dọc mẫu nén lệch tâm với biến dạng mẫu nén tâm Ảnh hƣởng độ lệch tâm đến biến dạng CFRP dán dọc đƣợc thể Hình 5.28 Nhóm gia cường lớp dán dọc Biến dạng lớn CFRP dán dọc mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa, 49MPa, 61MPa, chịu nén lệch tâm e =50mm, giảm lần lƣợt 24.08%, 15.23% 12.69% so với mẫu tâm 72 Nhóm gia cường lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng Mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa, biến dạng lớn CFRP dán dọc mẫu lệch tâm 50mm giảm 28.01% so với mẫu tâm Tƣơng tự, mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa, biến dạng lớn CFRP dán dọc mẫu nén lệch tâm 25mm 50mm giảm lần lƣợt 5.43% 13.90% so với mẫu tâm Đối với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=61MPa, biến dạng lớn CFRP dán dọc mẫu lệch tâm 50mm giảm 12.25% so với mẫu tâm Nhóm gia cường lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục Mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49Mpa, biến dạng lớn CFRP dán dọc mẫu nén lệch tâm 25mm 50mm giảm lần lƣợt 9.19% 16.9% so với mẫu tâm 4.5 Quan hệ lực - biến dạng nén dọc trục bê tông Quan hệ lực - biến dạng bê tông cột thực nghiệm đƣợc thể Hình 5.29 5.30 Tấm CFRP gia cƣờng bó hơng làm tăng đáng kể khả biến dạng bê tông cột, CFRP dán dọc hầu nhƣ không làm thay đổi khả biến dạng bê tông cột chúng không tham gia kháng nén trình cột làm việc chịu nén Điều đƣợc nhận thấy rõ nhóm mẫu lệch tâm 50mm, mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa, biến dạng bê tông cấp tải phá hủy nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc 2.51‰, xấp xỉ biến dạng bê tông mẫu không gia cƣờng; khi, biến dạng bê tơng nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục lần lƣợt 2.73‰ 3.63‰, lớn 20% 30% so với mẫu khơng gia cƣờng Nhóm mẫu gia cƣờng bó hơng cách qng diện tích bó hơng giảm nửa so với nhóm mẫu gia cƣờng bó hơng liên tục; nhƣng, khả kháng biến dạng bê tơng nhóm mẫu khơng giảm đáng kể so với nhóm mẫu bó hơng liên tục, cụ thể biến dạng dọc bê tông mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qngchỉ nhỏ 2% so với nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục Yếu tố độ lệch tâm làm thay đổi đáng kể biến dạng bê tơng Nhóm mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa, cấp tải phá hủy, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng, biến dạng bê tông mẫu lệch tâm 73 25mm (=2.24‰) mẫu lệch tâm 50mm (=2.73‰) lớn lần lƣợt 1.2 1.48 lần so với mẫu tâm Tƣơng tự, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục, biến dạng bê tông cấp tải phá hủy mẫu lệch tâm 25mm (=2.25‰) mẫu lệch tâm 50mm (=2.89‰) lớn lần lƣợt 1.02 1.31 lần so với mẫu tâm Yếu tố cƣờng độ bê tông dƣờng nhƣ ảnh hƣởng không đáng kể đến giá trị biến dạng cuối bê tông mẫu thực nghiệm Cụ thể: Nhóm mẫu khơng gia cường Mẫu tâm, biến dạng dọc bê tông cấp tải phá hủy mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa 1.55‰ 1.45‰ nhỏ mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa (=1.58‰) lần lƣợt 5.93% 12.09% Tƣơng tự, mẫu lệch tâm 25mm, biến dạng dọc bê tông cấp tải phá hủy mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu có cƣờng độ bê tông fc=61MPa 2.45‰ 2.22‰ nhỏ mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa (=2.52‰) lần lƣợt 2.82% 12.14% Đối với mẫu lệch tâm 50mm, biến dạng dọc bê tông cấp tải phá hủy mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa 2.58‰ 1.99‰ nhỏ mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa (=2.77‰) lần lƣợt 7.03% 27.26% Nhóm mẫu gia cường lớp dán dọc Mẫu tâm, biến dạng dọc bê tông cấp tải phá hủy mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa 1.56‰ 1.46‰ nhỏ mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa (=1.91‰) lần lƣợt 16.2% 20.24% Đối với mẫu lệch tâm 50mm, biến dạng dọc bê tông cấp tải phá hủy mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa 2.43‰ 2.19‰ nhỏ mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa (=2.65‰) lần lƣợt 7.88% 19.55% Nhóm mẫu gia cường lớp dán dọc +1 lớp bó hơng cách qng Mẫu tâm, biến dạng dọc bê tông cấp tải phá hủy mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa 1.77‰ 1.55‰ nhỏ mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa (= 2.03‰) lần lƣợt 12.44% 24.24% Đối với mẫu lệch tâm 50mm, biến dạng dọc bê tông cấp 74 tải phá hủy mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu có cƣờng độ bê tông fc=61MPa 2.72‰ 2.48‰ nhỏ mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa (=2.75‰) lần lƣợt 4.73% 10.66% (a) không gia cƣờng (b) lớp dán dọc Ghi chú: N1 – Nhóm mẫu khơng gia cường N2 – Nhóm mẫu lớp dán dọc N4 – Nhóm mẫu lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (c) lớp dán dọc - lớp bó hơng cách qng Hình 4.30: Quan hệ lực - biến dạng dọc bê tơng nhóm mẫu không gia cƣờng, gia cƣờng lớp dán dọc gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hông cách quãng 75 (a) fc=28MPa (b) fc=49MPa Ghi chú: N1 – Nhóm mẫu khơng gia cường N2 – Nhóm mẫu lớp dán dọc N3 – Nhóm mẫu lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục N4 – Nhóm mẫu lớp dán dọc + lớp bó (c) fc=61MPa hơng cách qng Hình 4.31: Quan hệ lực - biến dạng dọc bê tơng nhóm mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa, 49MPa, 61MPa 4.5.1 Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng dọc bê tông Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng bê tơng đƣợc thể Hình 5.31 Nhóm mẫu tâm Nhóm mẫu khơng gia cƣờng, biến dạng dọc lớn bê tơng cu mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 5.93% 12.09% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa Tƣơng tự, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc, biến dạng dọc lớn bê tông cu mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa giảm lần lƣợt 16.2% 20.24% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa Đối với nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng, biến dạng dọc lớn bê tông cu mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu có cƣờng độ bê 76 tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 12.44 24.24% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa Nhóm mẫu lệch tâm 25mm Nhóm mẫu khơng gia cƣờng, biến dạng dọc lớn bê tông cucủa mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa giảm lần lƣợt 2.82% 12.14% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa Nhóm mẫu lệch tâm 50mm Nhóm mẫu không gia cƣờng, biến dạng dọc lớn bê tơng cu mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa giảm lần lƣợt 7.03% 27.26% so với mẫu có cƣờng độ bê fc=28MPa Tƣơng tự, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hông cách quãng, biến dạng dọc lớn nhấtcủa bê tông cu mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa giảm lần lƣợt 4.73% 10.66% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa không gia cường 1,100 1,100 lớp dán dọc lớp dán dọc-1 bó hơng cách quãng lớp dán dọc lớp dán dọc-1 bó hông cách quãng 1,00 cu/cu.fc28 cu/cu.fc28 1,00 không gia cường ,900 ,900 ,800 ,800 ,700 ,700 28 49 fc (a) e=0mm 61 70 28 49 fc (b) e = 50mm 61 70 77 không gia cường 1,100 Ghi chú: Tỉ số cu/cu,fc28 tỉ số biến dạng bê cu/cu.fc28 1,00 tôngcủa mẫu cột với cường độ bê tông ,900 biến dạng bê tơng mẫu cột cường độ fc ,800 = 28MPa ,700 28 49 70 61 fc (c) e = 25mm Hình 4.32: Ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến biến dạng bê tông 4.5.2 Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng dọc bê tông fc=28MPa 1,500 fc=49MPa 1,400 fc=28MPa 1,500 fc=49MPa 1,400 fc=61MPa 1,300 cu/cu,N1 cu/cu,N1 1,300 fc=61MPa 1,200 1,200 1,100 1,100 1,00 1,00 ,900 ,900 ,800 ,800 N1 N2 N4 N3 N1 (a) e = 0mm 1,500 N2 N4 N3 (b) e = 50mm fc=49MPa Ghi chú: 1,400 N1 - Nhóm mẫu khơng gia cường cu/cu,N1 1,300 1,200 N2 - Nhóm mẫu lớp dán dọc 1,100 N3 - Nhóm mẫu lớp dán dọc + lớp bó 1,00 hơng liên tục ,900 N4 - Nhóm mẫu lớp dán dọc + lớp bó ,800 N1 N2 N4 N3 hơng cách qng (c) e = 25mm Hình 4.33: Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng dọc bê tông 78 Ghi chú: Tỉ số cu/cu,N1 tỉ số biến dạng bê tông mẫu cột gia cường biến dạng bê tông mẫu cột khơng gia cường (nhóm N1) Ảnh hƣởng phƣơng pháp gia cƣờng đến biến dạng dọc bê tông đƣợc thể Hình 5.33 Nhóm mẫu cường độ bê tông fc=28MPa Mẫu nén tâm, biến dạng dọc lớn bê tông cu mẫu gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2) (=1.95‰) mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (nhóm N4) (=2.11‰) tăng lần lƣợt 13.91% 23.27% so với mẫu không gia cƣờng (=1.71‰) Tƣơng tự, mẫu nén lệch tâm 50mm, biến dạng dọc lớn bê tông cu mẫu gia cƣờng lớp dán dọc (= 2.73‰) mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách quãng (=2.87‰) tăng lần lƣợt -4.69% 0.14% so với mẫu khơng gia cƣờng (=2.86‰) Nhóm mẫu cường độ bê tông fc=49MPa Mẫu nén tâm, biến dạng dọc lớn bê tông cu mẫu gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2) (=1.63‰), mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách quãng (nhóm N4) (=1.84‰) mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (nhóm N3) (=2.22‰) tăng lần lƣợt 1.47%, 14.73% 38.10% so với mẫu không gia cƣờng (=1.61‰) Tƣơng tự, mẫu nén lệch tâm 25mm, biến dạng dọc lớn bê tông cu mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (=2.24‰) mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (=2.55‰) tăng lần lƣợt -8.88% 3.94% so với mẫu không gia cƣờng (=2.45‰) Đối với mẫu nén lệch tâm 50mm, biến dạng dọc lớn bê tông cu mẫu gia cƣờng lớp dán dọc (=2.73‰) mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (=2.89‰) mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (=2.89‰) tăng lần lƣợt -5.57% 2.62% 25.5 so với mẫu không gia cƣờng (=2.66‰) Nhóm mẫu cường độ bê tơng fc = 61MPa Mẫu nén tâm, biến dạng dọc lớn bê tông cu mẫu gia cƣờng lớp dán dọc (nhóm N2) (=1.55‰) mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách quãng (nhóm N4) (=1.60‰) tăng lần lƣợt 3.35% 6.23% so với mẫu không gia cƣờng (=1.50‰) Tƣơng tự, mẫu nén lệch tâm 50mm, biến dạng dọc lớn 79 bê tông cu mẫu gia cƣờng lớp dán dọc (= 2.19‰) mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách quãng (=2.55‰) tăng lần lƣợt 5.45% 23.0% so với mẫu khơng gia cƣờng (=2.08‰) 4.5.3 Tính tƣơng tác thơng số có ảnh hƣởng đến ứng xử nén cột gia cƣờng CFRP Nội dung trình bày đánh giá định lƣợng mức độ tƣơng tác thơng số có ảnh hƣởng đến ứng xử nén cột hiệu gia cƣờng CFRP Mức độ tƣơng tác đƣợc đánh giá dựa hệ số tƣơng quan CORR Magiure cộng (2017)[29] đề xuất Theo Magiure cộng sự, hệ số tƣơng quan (CORR - tính theo cơng thức 5.1) đƣợc dùng để đánh giá mức độ tƣơng quan đại lƣợng bất kỳ, biến x giá trị đại lƣợng thứ cần xét đến x1, x2 , xn  , biến y giá trị đại lƣợng thứ cần xét  y1 , y2 , yn  Nếu hệ số CORR tiến tới hai biến có mối quan hệ tƣơng quan tuyến tính mạnh Nếu hệ số CORR bé 0.2 hai biến có mối quan hệ tƣơng quan tuyến tính yếu ns rxy    x  x  y  y  i i 1 ns i (5.1) ns  x  x   y  y  i 1 i i i 1 4.5.4 Tƣơng tác CFRP bó hông cốt đai 01 e=0 mm e=50mm sw/CFRP(h) CORR= 0.93 01 CORR=-0.88 00 28 49 61 fc(MPa) Hình 4.34: Tƣơng tác CFRP bó hơng cốt đai nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng Xét mối quan hệ tƣơng quan đại lƣợng, biến x – biến đạng bó hơng lớn CFRP mẫu cột nén tâm, lệch tâm 50mm với loại cƣờng độ 80 bê tông khác fc=28MPa, 49MPa, 61MPa; biến y – biến dạng cốt đai lớn mẫu cột tƣơng ứng 01 Nhóm N3 Nhóm N4 sw/CFRP(h) 01 01 CORR= 0.86 00 00 00 00 CORR=-0.96 00 25 50 e (mm) Hình 4.35: Tƣơng tác CFRP bó hơng cốt đai nhóm mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa tƣơng ứng Ghi chú: N3 - Nhóm mẫu gia cường lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục N4 - Nhóm mẫu gia cường lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng Hình 5.34 Hình 5.35 biểu diễn tƣơng tác CFRP bó hơng cốt đai Đối với nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng, hệ số CORR nhóm mẫu tâm nhóm mẫu lệch tâm 50mm tƣơng ứng 0.88 0.93, hệ số xấp xỉ 1, điều cho thấy đại lƣợng xét có tƣơng tác mạnh với trình cột làm việc chịu nén, kể nén tâm lệch tâm 50mm Tƣơng tự, nhóm mẫu cƣờng độ bê tơng fc=49MPa, tƣơng tác bó hơng CFRP cốt đai mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách quãng (nhóm N4) mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (nhóm N3) tƣơng tác mạnh thơng qua hệ số CORR lần lƣợt -0.96 0.86 4.5.5 Tƣơng tác CFRP dán dọc cốt dọc Tƣơng tác dán dọc thép dọc tƣơng tác mạnh Tấm CFRP chịu kéo tham gia chịu kéo với cốt thép Xét tƣơng tác đại lƣợng biến dạng thép dọc biến dạng CFRP dán dọc nhóm mẫu lệch tâm 50mm ứng với loại cƣờng độ fc=28MPa, 49MPa, 61MPa (Hình 5.36a, b) Đối với nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc, xét 81 cấp tải 25%Pu, 50%Pu 75%Pu hệ số CORR lần lƣợt 0.88, 0.32 0.83, điều cho thấy dán dọc cốt dọc tƣơng tác với lớn trình cột chịu nén Tƣơng tự, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc +1 lớp bó hơng cách qng, với cấp tải 25%Pu, 50%Pu 75%Pu hệ số CORR lần lƣợt 0.94, 0.94 1.00 Tƣơng tác đại lƣợng biến dạng thép dọc biến dạng CFRP dán dọc nhóm mẫu lệch tâm 50mm ứng với cƣờng độ bê tơng fc=49MPa (Hình 5.36c) Xét với cấp tải 25%Pu, 50%Pu 75%Pu hệ số CORR lần lƣợt 0.82, 0.9 0.64 Tại cấp tải, giá trị biến dạng CFRP dán dọc lớn biến dạng cốt dọc (Hình 5.37) Do dán dọc làm việc chịu kéo nên cốt dọc tham gia q trình cột làm việc chịu nén (a) lớp dán dọc (b) lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng Ghi chú: + N2 - Nhóm mẫu lớp dán dọc + N3 - Nhóm mẫu lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục + N4 - Nhóm mẫu lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng (c) nhóm mẫu fc=49MPa Hình 4.36: Tƣơng tác dán dọc cốt dọc 82 Ghi chú: Tỉ số st/CFRP(v) tỉ số biến dạng thép dọc mẫu cột biến dạng CFRP dán dọc mẫu cột tương ứng (a) Nhóm – e = 50mm (b) Nhóm – e = 50mm Hình 4.37: Quan hệ lực – biến dạng CFRP dán dọc biến dạng thép dọc 4.5.6 Tƣơng tác dán dọc bó hơng Xét tƣơng tác đại lƣợng biến dạng CFRP dán dọc biến dạng CFRP bó hơng nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng chịu nén lệch tâm 50mm (Hình 5.38) Trong giai đoạn đầu, cấp tải trọng 25%Pu hệ số CORR -0.13 < 0.2, điều cho thấy giai đoạn dán dọc bó hơng tham gia tƣơng tác yếu trình cột làm việc Khi tải trọng tiếp tục tăng lên, dán dọc bó hơng tƣơng tác mạnh với thể qua hệ số CORR xấp xỉ cấp tải (Hình 5.38) Tấm bó hơng đóng vai trị nhƣ neo hai đầu từ phát huy đƣợc khả chịu kéo làm tăng khả chịu lực độ dẻo dai cột 83 Hình 4.38: Tƣơng tác dán dọc bó hơng nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng ứng với độ lệch tâm 50mm Ghi chú: Tỉ số CFRP,v(v+h)/CFRP(v) tỉ số biến dạng dán dọc có bó hơng biến dạng dán dọc khơng bó hông tương ứng với cường độ bê tông fc=28MPa, 49MPa, 61MPa 4.6 Hiệu gia cƣờng CFRP 4.6.1 Cải thiện khả chịu lực bê tông Ảnh hƣởng gia cƣờng CFRP đến khả chịu lực bê tơng đƣợc thể Hình 5.39 Xu hƣớng chung là, cột có cƣờng độ bê tơng cao độ lệch tâm nhỏ, hiệu gia cƣờng dán dọc đến khả chịu nén cột giảm (a) Nhóm mẫu e=0mm (b) Nhóm mẫu e=50mm Hình 4.39: Hiệu gia cƣờng CFRP ảnh hƣởng đến cƣờng độ bê tơng Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 0mm Hiệu gia cƣờng khả chịu nén, Pu,CFRP, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc, mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc= 49MPa mẫu cột có cƣờng độ bê 84 tông fc=61MPa, giảm lần lƣợt 45% 65% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc= 28MPa Đối với mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng, hiệu gia cƣờng khả chịu nén, Pu,CFRP, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc, mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc= 49MPa mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa, tăng lần lƣợt 11% 21% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc= 28MPa Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 50mm Hiệu gia cƣờng khả chịu nén, Pu,CFRP, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc, mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc= 49MPa mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa, giảm lần lƣợt 16% 33% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc= 28MPa Đối với mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hông cách quãng, hiệu gia cƣờng khả chịu nén, Pu,CFRP, nhóm mẫu gia cƣờng lớp dán dọc, mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc= 49MPa mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa, giảm lần lƣợt 15% 27% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc= 28MPa 4.6.2 Khả biến dạng mẫu cột a) Khả biến dạng dọc mẫu cột Ảnh hƣởng gia cƣờng CFRP đến chuyển vị dọc trục cột đƣợc thể Hình 5.40 Trong nhóm mẫu (cùng hình thức gia cƣờng cƣờng độ bê tơng), mẫu có độ lệch tâm lớn, tham gia chuyển dị dọc trục lớn (a) Nhóm mẫu e=0mm (b) Nhóm mẫu e=50mm Hình 4.40: Hiệu gia cƣờng CFRP ảnh hƣởng đến khả biến dạng dọc Nhóm mẫu cột tâm 85 Mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc, chuyển vị dọc trục lớn uv,CFRP mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột bê tơng có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa giảm lần lƣợt 24% 56% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Tƣơng tự, mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách quãng, chuyển vị dọc trục lớn uv,CFRP mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột bê tơng có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa giảm lần lƣợt 13.6% 43.8% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 50mm Mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc, chuyển vị dọc trục lớn u,CFRP mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột bê tơng có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 53.6% 78% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Đối với mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng, chuyển vị dọc trục lớn u,CFRP mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột bê tơng có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 30% 50.4% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Mẫu có cƣờng độ bê tơng lớn, mẫu giịn dẫn đến chuyển vị cột bé Đồng thời, mẫu bê tông cƣờng độ thấp đƣợc gia cƣờng, CFRP làm tăng mức độ dẻo dai cột nhiều so với cột cƣờng độ cao Đối với bê tông có cƣờng độ lớn độ giảm chuyển vị dọc trục giảm so với bê tơng có cƣờng nhỏ b) Khả biến dạng ngang mẫu cột Ảnh hƣởng gia cƣờng CFRP đến chuyển vị ngang cột đƣợc thể Hình 5.41 Mẫu có cƣờng độ bê tông cao, độ lệch tâm tăng, mức độ giảm chuyển vị lớn 86 (a) Nhóm mẫu e=0mm (b) Nhóm mẫu e=50mm Hình 4.41: Hiệu gia cƣờng CFRP ảnh hƣởng biến dạng ngang Nhóm mẫu cột tâm Chuyển vị ngang lớn u,h,CFRP mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc, có cƣờng độ bê tông fc=49MPa fc=61MPa, giảm lần lƣợt 22.5% 47% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Đối với mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng, chuyển vị nở hơng lớn u,h,CFRP mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 24.5% 39.8% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 50mm Mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc, chuyển vị nở hông lớn u,h,CFRP mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa giảm lần lƣợt 16.7% 33.3% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Tƣơng tự, mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng, chuyển vị nở hơng lớn u,h,CFRP mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa fc=61Mpa giảm lần lƣợt 12.5% 25% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa 4.6.3 Biến dạng CFRP a) Biến dạng CFRP dán dọc Hình 5.42 thể ảnh hƣởng đến biến dạng CFRP dán dọc cƣờng độ bê tơng nhóm mẫu chịu nén có độ lệch tâm thay đổi Kết cho thấy: Nhóm mẫu cột tâm Khi cƣờng độ bê tông tăng lên, biến dạng CFRP dán dọc giảm Cụ thể, mẫu gia cƣờng lớp dán dọc, biến dạng lớn dán dọc mẫu có 87 cƣờng độ bê tông fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 21.3% 38.8% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa Tƣơng tự, mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng, biến dạng lớn dán dọc mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 24.5% 40.6% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 50mm Mẫu cƣờng độ bê tông tăng lên, biến dạng CFRP dán dọc giảm Cụ thể, mẫu gia cƣờng lớp dán dọc, biến dạng lớn dán dọc mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 10% 31.04% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa Đối với mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hông cách quãng, biến dạng lớn dán dọc mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 9.3% 22.6% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa (a) Nhóm mẫu e=0mm (b) Nhóm mẫu e=50mm Hình 4.42:Hiệu gia cƣờng dán dọc CFRP ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông b) Biến dạng CFRP dán ngang Ảnh hƣởng biến dạng ngang CFRP đến cƣờng độ bê tơng đƣợc thể Hình 5.23 Đối với mẫu cột chịu nén tâm, cột chịu nén, quy luật phá hoại mẫu đƣợc định biến dạng ngang bê tông Quy luật giúp cho CFRP biến dạng ngang phát huy gần nhƣ tối đa khả làm việc chúng; vậy, biến dạng ngang cực hạn CFRP bó hơng xấp xỉ gần nhƣ mẫu có cƣờng độ bê tông khác (fc=28MPa, 49MPa, 61MPa) Đối với mẫu chịu nén lệch tâm, quy luật phá hủy đƣợc bắt đầu ứng suất kéo 88 bê tông thớ chịu kéo cột đƣợc định ứng suất nén thớ chịu nén cột (mẫu cột bị phá hoại bê tông bị nén vỡ CFRP chƣa đạt đến giới hạn phá hủy), vậy, tham gia CFRP bó hơng vào khả chịu lực cột không rõ ràng nhƣ trƣờng hợp nén tâm Quy luật làm cho yếu tố độ lớn cƣờng độ bê tơng đóng vai trị định vai trò biến dạng ngang CFRP thứ yếu, vậy, cƣờng độ bê tơng cao, tính chất định bê tông thể rõ nét đóng góp CFRP giảm Hình 4.43:Hiệu gia cƣờng dán ngang CFRP ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông Kết cụ thể nhƣ sau: Nhóm mẫu tâm Mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng, biến dạng ngang lớn CFRP CFRP,h mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 8.9% 19% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa Nhóm mẫu lệch tâm 50mm Mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng, biến dạng ngang lớn CFRP CFRP,h mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 4,4% 10.94% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa 89 4.6.4 Hiệu gia cƣờng CFRP ảnh hƣởng biến dạng cốt dọc cốt đai a) Hiệu gia cƣờng CFRP ảnh hƣởng biến dạng cốt dọc Tấm CFRP dán dọc thớ kéo đóng vai trị kháng uốn nhiều trình cột chịu nén lệch tâm so với cột chịu nén tâm, giúp cản trở biến dạng cốt dọc thớ chịu kéo đƣợc thể Hình 5.44 Nhóm mẫu cột tâm Mẫu cột không gia cƣờng, biến dạng cốt dọc st mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột bê tơng có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 13,04% 22.17% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Tƣơng tự, mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc, biến dạng cốt dọc st mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột bê tơng có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 13.19% 18.72% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Đối với mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hông cách quãng, biến dạng cốt dọc st mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột bê tơng có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa giảm lần lƣợt 12.55% 20.39% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Nhóm mẫu cột nén lệch tâm 50mm Mẫu cột không gia cƣờng, biến dạng cốt dọc st mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột bê tơng có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa giảm lần lƣợt 0.96% 3.37% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Tƣơng tự, mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc, biến dạng cốt dọc st mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột bê tơng có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa giảm lần lƣợt 5.76% 7.48% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa Đối với mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng, biến dạng cốt dọc st mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa mẫu cột bê tơng có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 4.01% 10.19% so với mẫu cột có cƣờng độ fc=28MPa 90 khơng CFRP dán dọc dán dọc + cách quãng 05 05 04 st(‰) 04 st(‰) không CFRP dán dọc dán dọc + cách quãng 03 02 03 02 01 01 28 49 61 fc (MPa) (a) Nhóm mẫu e=0mm 80 28 49 61 fc (MPa) 80 (b) Nhóm mẫu e=50mm Hình 4.44: Hiệu gia cƣờng CFRP ảnh hƣởng biến dạng cốt dọc b) Hiệu gia cƣờng CFRP ảnh hƣởng biến dạng cốt đai Ảnh hƣởng gia cƣờng CFRP đến biến dạng cốt đai đƣợc thể Hình 5.45 Đối với mẫu cột chịu nén tâm, cột chịu nén, chế phá hoại mẫu đƣợc định kết hợp biến dạng nở hông bê tông biến dạng cốt đai Cơ chế giúp cho CFRP bó hơng phát huy hiệu gần nhƣ tối đa khả làm việc chúng so với CFRP dán dọc; vậy, biến dạng bó hơng cực hạn CFRP bó hơng xấp xỉ gần nhƣ mẫu có cƣờng độ bê tơng khác (fc=28MPa, 49MPa, 61MPa) Đối với mẫu chịu nén lệch tâm, chế phá hủy đƣợc bắt đầu ứng suất kéo cốt đai bê tông thớ chịu kéo cột đƣợc định ứng suất nén thớ chịu nén cột (mẫu cột bị phá hoại ứng suất kéo tới hạn chảy dẽo bê tông bị nén vỡ CFRP chƣa đạt đến giới hạn phá hủy), vậy, tham gia CFRP bó hơng vào khả chịu lực cột không rõ ràng so với dán dọc nhƣ trƣờng hợp nén tâm Cơ chế làm cho yếu tố độ lớn cƣờng độ bê tông khả chịu kéo cốt đai đóng vai trị định vai trị CFRP thứ yếu, vậy, cƣờng độ bê tông cao bƣớc đai gần, tính chất định đại lƣợng thể rõ nét đóng góp CFRP giảm Kết cụ thể nhƣ sau: Nhóm mẫu tâm Mẫu khơng gia cƣờng, biến dạng cốt đai st,w lớn mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 19.6% 33.3% so với mẫu có cƣờng 91 độ bê tơng fc=28MPa Tƣơng tự, mẫu gia cƣờng lớp dán dọc, biến dạng cốt đai st,w lớn mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 24.8% 35.1% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa Đối với mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng, biến dạng cốt đai st,w lớn mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 12.38% 28.96% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa Nhóm mẫu lệch tâm 50mm Mẫu khơng gia cƣờng, biến dạng cốt đai st,w lớn mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 31.31% 34.34% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28Mpa Tƣơng tự, mẫu gia cƣờng lớp dán dọc, biến dạng cốt đai st,w lớn mẫu có cƣờng độ bê tông fc=61MPa giảm lần lƣợt 38.35% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa Đối với mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng, biến dạng cốt đai st,w lớn mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 12.92% 19.66% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa (a) Nhóm mẫu e=0mm (b) Nhóm mẫu e=50mm Hình 4.45: Hiệu gia cƣờng CFRP ảnh hƣởng biến dạng cốt đai c) Hiệu gia cƣờng CFRP ảnh hƣởng biến dạng bê tông Ảnh hƣởng gia cƣờng CFRP đến biến dạng bê tơng đƣợc thể Hình 5.46 Đối với mẫu cột chịu nén tâm, chế phá hoại mẫu đƣợc định biến dạng nở hơng bê tơng Tấm CFRP bó hơng phát huy dán dọc gần nhƣ tối đa khả làm việc chúng giúp cho cột bê tông chậm phá hoại; vậy, mẫu có cƣờng độ bê tơng cao hiệu gia cƣờng CFRP 92 giảm Đối với mẫu chịu nén lệch tâm, chế phá hủy đƣợc bắt đầu ứng suất kéo bê tông thớ chịu kéo cột đƣợc định ứng suất nén thớ chịu nén cột (mẫu cột bị phá hoại bê tông bị nén vỡ CFRP chƣa đạt đến giới hạn phá hủy); vậy, tham gia CFRP vào khả chịu lực cột không rõ ràng nhƣ trƣờng hợp nén tâm Cơ chế làm cho yếu tố độ lớn cƣờng độ bê tơng đóng vai trị định vai trị CFRP bó hơng thứ yếu; vậy, cƣờng độ bê tơng cao, tính chất định bê tông thể rõ nét đóng góp CFRP giảm Kết cụ thể nhƣ sau: Nhóm mẫu tâm Mẫu không gia cƣờng, biến dạng bê tông cu lớn mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 7.58% 16.11% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28Mpa Tƣơng tự, mẫu gia cƣờng lớp dán dọc, biến dạng bê tông cu lớn mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 5.89% 11.77% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa Đối với mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách quãng, biến dạng bê tông cu lớn mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 2.48% 7.85% so với mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=28MPa Nhóm mẫu lệch tâm 50mm Mẫu không gia cƣờng, biến dạng bê tông cu lớn mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 6.42% 10.7% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa Tƣơng tự, mẫu gia cƣờng lớp dán dọc, biến dạng bê tông cu lớn mẫu có cƣờng độ bê tơng fc=61MPa giảm lần lƣợt 4.43% 8,87% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa Đối với mẫu gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng, biến dạng bê tơng cu lớn mẫu có cƣờng độ bê tông fc=49MPa fc=61MPa giảm lần lƣợt 2.7% 10.81% so với mẫu có cƣờng độ bê tông fc=28MPa 93 không CFRP dán dọc dán dọc + cách quãng 2,500 cu(‰) cu(‰) 2,500 không CFRP dán dọc dán dọc + cách quãng 2,000 2,000 1,500 1,500 28 49 61 fc (MPa) (a) Nhóm mẫu e=0mm 80 28 49 61 fc (MPa) 80 (b) Nhóm mẫu e=50mm Hình 4.46: Hiệu gia cƣờng CFRP ảnh hƣởng biến dạng bê tông 94 CHƢƠNG 5: KIỂM CHỨNG CÔNG THỨC 5.1 Cơ sở lý thuyết 5.1.1 Cột chịu nén tâm Việc tính tốn khả kháng nén cột bê tông cốt thép (BTCT) gia cƣờng sợi CFRP luận văn đƣợc dựa hƣớng dẫn thiết kế ACI 440.2R (2017) Các điều khoản tính toán khả chịu nén cột BTCT gia cƣờng CFRP tiêu chuẩn đƣợc xây dựng mơ hình Lam and Teng (2003) (Hình 6.1) Theo đó, khả kháng nén cột BTCT gia cƣờng CFRP đƣợc xác định dựa khả chịu lực tiết diện cột có xét đến hiệu ứng kháng nở hông bị động gia cƣờng CFRP Hình 5.1: Mơ hình ứng suất - biến dạng bê tơng gia cƣờng bó hơng CFRP (Lam Teng 2003) Trong đó:  Ec  E2   E   fc   c c f c'  '  f c  E2 c c,max   ccu  0.01 E2  f cc'  f c'  ccu f c'   Ec  E2 ' t   c   t' (6.1)    c   c.max ' t (6.2) (6.3) (6.4) 95 Với : f’cc : cƣờng độ chịu nén bê tơng có gia cƣờng bó hơng; f’c : cƣờng độ chịu nén bê tơng khơng gia cƣờng bó hơng; ccu : biến dạng lớn bê tơng đƣợc bó hơng; ’c : biến dạng nén bê tơng khơng bó hơng; ’t : biến dạng chuyển tiếp mơ hình ứng suất – biến dạng cho bê tơng đƣợc bó hông FRP Ec : mô đun đàn hồi bê tông E2 : mô đun bê tông giai đoạn phi tuyến (xem Hình 6.1), GPa; Cƣờng độ chịu nén bó hơng f’cc bê tơng cột BTCT gia cƣờng CFRP đƣợc xác định cƣờng độ chịu nén bê tơng ứng suất bó hông CFRP nhƣ sau: f 'cc = f 'c +3,3Ψf a fl (6.5) Ứng suất bó hơng CFRP ban đầu đƣợc tính tốn cột BTCT có tiết diện hình trịn (Hình 6.2) theo cơng thức: r   ht R  2 ht f FRP Eht  với d = 2R d d (6.6) Hình 5.2: Tác động ứng suất nở hơng lên CFRP tiết diện trịn Trong đó: Eh : Mô đun đàn hồi chịu kéo CFRP, GPa; d : Đƣờng kính mẫu cột gia cƣờng, mm; fFRP : Ứng suất kéo CFRP, MPa; t : Chiều dày CFRP, mm; R : Bán kính mẫu cột gia cƣờng, mm; σh : Ứng suất bó hơng CFRP, MPa 96 Đối với cột tiết diện hình chữ nhật, ứng suất bó hơng CFRP đƣợc tính tốn tƣơng ứng với ứng suất bó hơng cột có tiết diện hình trịn tƣơng đƣơng có đƣờng kính D đƣờng chéo mặt cắt ngang hình chữ nhật (Hình 6.3) Ứng suất bó hơng CFRP cho cột có tiết diện chữ nhật fl đƣợc xác định nhƣ sau: fl  E f nt f  fe (6.7) D D  b2  h2 (6.8) Trong đó: D : Đƣờng kính tƣơng đƣơng mẫu cột gia cƣờng, mm; Ef : Mô đun đàn hồi kéo CFRP, GPa; b : Chiều rộng tiết diện cột, mm; h : Chiều cao tiết diện cột, mm; n : Số lớp gia cƣờng CFRP; tf : Chiều dày CFRP, mm Hình 5.3: Mặt cắt ngang trịn tƣơng đƣơng (Lam Teng 2003) Trong công thức (6.7), biến dạng hiệu CFRP, εfe, tính tốn theo công thức (6.9):  fe   fu (6.9) 97 Hệ số biến dạng hiệu   theo nghiên cứu Lam Teng (2003a) 0.586; nghiên cứu Harries Carey (2003) 0.58; nghiên cứu Carey Harries (2005) cho mẫu cột có tỉ lệ trung bình lớn tƣơng ứng 0.57 0.61; nghiên cứu Spoelstra Monti (1999) lấy hệ số có giá trị nhỏ 0.55 ứng với trƣờng hợp fl/f’c =0.08 Để đảm bảo an toàn, ACI 440.2R (2017) lấy 0.55 Đối với trƣờng hợp cột tiết diện hình chữ nhật có cạnh dài khơng hai lần cạnh ngắn kích thƣớc cạnh tối đa không 900mm, hƣớng dẫn thiết kế ACI 440.2R-17 xác định hệ số a dựa nghiên cứu Pessiki cộng tác (2001), Wang Restrepo (2001), Harries Carey (2003), Youssef (2003), Rocca cộng (2008), cụ thể: A b a  e   Ac  h  (6.10) Vùng nén hiệu Ae cột đƣợc giới hạn đƣờng parabol (Hình 6.3) Hình dạng đƣờng cong đƣợc phụ thuộc vào thơng số: kích thƣớc tiết diện cột (b h); bán kính góc cột (rc); hàm lƣợng cốt thép dọc cột (  g ) Tỉ số diện tích làm việc hiệu bê tơng Ae/Ac phụ thuộc vào hình dạng tiết diện cột hàm lƣợng cốt thép dọc Tỉ số đƣợc tính tốn nhƣ sau: Ae  Ac  b  h 2  h  (h  2rc )   b  (b 2rc )     1  Ag  g     g (6.11) Trên sở nghiên cứu Demers Neale (1999), Pessiki cộng (2001), Harries Carey (2003), Youssef (2003), Matthys cộng (2005), Rocca cộng (2006), ACI 440.2R (2017) giả thiết hệ số kể đến ảnh hƣởng yếu tố hình dạng tiết diện cột  a cơng thức (6.11) 1.0 cho trƣờng cột có tiết diện tròn Khả chịu nén dọc trục cột BTCT gia cƣờng bó hơng CFRP đƣợc tính nhƣ sau: 98 Đối với trường hợp đai xoắn Pn  0,85 0,85 f 'cc ( Ag  Ast )  f y Ast  (6.12) Đối với trường hợp đai đơn Pn  0,80 0,85 f 'cc ( Ag  Ast )  f y Ast  (6.13) Các thơng số cịn lại cơng thức từ (6.1) đến (6.13) đƣợc trình bày chi tiết phần Danh mục ký hiệu 5.1.2 Cột bê tông cốt thép gia cƣờng bó hơng CFRP chịu nén lệch tâm Hƣớng dẫn thiết kế ACI 440.2R (2017) trình bày phƣơng pháp tính tốn kiểm tra khả chịu lực cột BTCT gia cƣờng bó hơng CFRP dựa biểu đồ tƣơng tác (Hình 6.4), phƣơng pháp xây dựng biểu đồ tƣơng tác chƣa kể đến trƣờng hợp cột đƣợc gia cƣờng thêm lớp CFRP dán dọc, nhƣ chƣa phản ánh đƣợc khác biệt gia cƣờng bó hơng liên tục hay cách quãng Hình 5.4: Biều đồ tƣơng tác Biểu đồ tƣơng tác đƣợc xây dựng dựa điểm A, B, C nhƣ Hình 6.4  Điểm A đƣợc tính cho trƣờng hợp chịu nén tâm, momen M=0  Điểm B đƣợc xây dựng với phân bố biến dạng tƣơng ứng với biến dạng lớp thép dọc chịu kéo gần mặt chịu kéo nhất, biến dạng nén ccu mặt chịu nén (Hình 6.5a)  Điểm C đƣợc xây dựng với phân bố biến dạng tƣơng ứng với biến dạng nén lớn ccu biến dạng chảy sy lớp thép dọc gần mặt chịu kéo (Hình 6.5b) 99 Hình 5.5: Phân bố biến dạng cho điểm B điểm C Đối với mẫu cột gia cƣờng, điểm B điểm C đƣợc tính nhƣ sau: Pn(B,C)    A  y t   B  y t   C  y t   D   Asifsi  (D-1)   Mn(B,C)   E  y t   F  y t   G  y t   H  y t   I   Asifsidi  (D-2)   Trong đó: b  E c  E   ccu  A   12f c'  c  B (D-3a) b  E c  E   ccu    (D-3b)  c  C  bf c' (D-3c) D  bcf c'  bcE  ccu  (D-3d) b  E c  E   ccu  E   16f c'  c  2 (D-3e) 2   h   E c  E   ccu  b  E c  E   ccu   F  b  c         (D-3f) ' 12f c c         c b h   E  E   ccu  G   f c'  b  c   c  2   c 2   (D-3g)   100  h H  bf c'  c   (D-3h) 2   bc2 '  h  bc2 E bcE h  I f c  bcf c'  c     ccu    c    ccu  (D-3i) 2  2    d,(th  1)  (D-4), (th-1) – tính điểm B; (th-2) – tính điểm C ccu c d ,(th  2)     sy ccu 't (D-5) yt  c ccu Từ công thức (D-3a) đến (D-3i): f cc'  f c' E2  ;E c  4730 f c' ccu ccu 0.45  f l  fe     1.50  12 b '  '    f c  c     't  ' c 2f c' Ec  E2 Với fsi ứng suất lớp thép thứ i, phụ thuộc vào vị trí trục c (Hình 6.5); fsi mang dấu (+) chịu nén mang dấu (-) chịu kéo 5.2 Kết kiểm chứng nhận xét Quy trình tính tốn khả chịu lực cột BTCT gia cƣờng bó hơng CFRP hƣớng dẫn thiết kế ACI 440.2R (2017) dựa phƣơng pháp xây dựng biểu đồ tƣơng tác trình bày mục 6.1.2 đƣợc kiểm chứng dựa kết thực nghiệm gồm 15 mẫu cột từ nghiên cứu này, gồm: 03 mẫu cột có độ lệch tâm khác (e=0, 25, 50mm) với cƣờng độ bê tông fc = 39.2MPa, đƣợc gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó liên tục; 03 mẫu cột có độ lệch tâm khác (e=0, 25, 50mm) với cƣờng độ bê tông fc = 39.2MPa, đƣợc gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng; 09 mẫu cột có độ lệch tâm thay đổi (e = 0, 25, 50mm) không gia cƣờng với cƣờng độ bê tông fc = 22.4MPa, 39.2MPa 48.8MPa Các hệ số liên quan đến vật liệu kết cấu công thức tính ACI 440.2R (2017) đƣợc cho Kết tính tốn khả kháng nén cột bê tông cốt 101 thép gia cƣờng lƣới sợi CFRP theo hƣớng dẫn thiết kế ACI 440.2R (2017) (trình bày chi tiết Phụ lục) đƣợc tổng kết Bảng 6.1 Bảng 6.2 102 Bảng 5.1: Tổng hợp kết tính khả kháng nén cột BTCT đƣợc gia cƣờng kháng nở hơng CFRP Nhóm N3 Mẫu 2V1HC0-M2-N3 2V1HC25-M2-N3 2V1HC50-M2-N3 Số lớp Độ lệch tâm n 1 e 25 50 Số lớp Độ lệch tâm n 1 e 25 50 f'c (MPa) 39.2 39.2 39.2 Ef tf Pu(exp) Pu,ACI (GPa) 240 240 240 (mm) 0.17 0.17 0.17 (kN) 2087.0 1703.8 1293.9 (kN) 1910 1228 537 Ef tf Pu(exp) Pu,ACI (GPa) 240 240 240 (mm) 0.17 0.17 0.17 (kN) 1964.8 1532.9 1273.1 (kN) 1910 1228 537 MEAN COV Nhóm N4 Mẫu 2V1HC0-M2-N4 2V1HC25-M2-N4 2V1HC50-M2-N4 f'c (MPa) 39.2 39.2 39.2 MEAN COV Ghi chú: N3 nhóm cột gia cƣờng lớp CFRP dán dọc + lớp bó hơng liên tục; N4 nhóm cột gia cƣờng lớp CFRP dán dọc + lớp bó hơng cách qng Pu,ACI/Pu,exp 0.9 0.7 0.4 0.7 0.4 Pu,ACI/Pu,exp 0.97 0.8 0.4 0.7 0.4 103 Bảng 5.2: Tổng hợp kết tính khả kháng nén cột BTCT không gia cƣờng kháng nở hơng CFRP Nhóm e0 Mẫu C0-M1-N1 C0-M2-N1 C0-M3-N1 Số lớp n fc (MPa) 0 22.4 39.2 48.8 Ef tf (GPa) (mm) εflexp fl (exp) fl (ACI) fl (ACI) Pu(exp) Pu,ACI (‰) (MPa) (MPa) / fl (exp) (kN) (kN) - - - - - - 1436.2 1819.2 2257.0 1222 1780 2099 Ef tf εflexp fl (exp) fl (ACI) fl (ACI) Pu(exp) Pu,ACI (‰) (MPa) (MPa) / fl (exp) (kN) (kN) - 895.8 1283.6 1853.1 794 1131 1298 MEAN COV Nhóm Mẫu Số lớp n COV 0.13 Mẫu Số lớp n e50 MEAN COV C50-M1-N1 C50-M2-N1 C50-M3-N1 0 22.4 39.2 48.8 - Ef (MPa) 22.4 39.2 48.8 - tf (GPa) (mm) - - - - - Pu,ACI/Pu,exp MEAN Nhóm 0 (GPa) (mm) 0.85 0.98 0.93 0.92 0.07 0.89 0.88 0.70 0.82 e25 C25-M1-N1 C25-M2-N1 C25-M3-N1 (MPa) Pu,ACI/Pu,exp εflexp fl (exp) fl (ACI) fl (ACI) Pu(exp) Pu,ACI (‰) (MPa) (MPa) / fl (exp) (kN) (kN) - 635.7 1043.5 1354.2 280 463 554 - - - Pu,ACI/Pu,exp 0.44 0.44 0.41 0.43 0.04 104 Ghi chú: Mean : Giá trị trung bình; COV : Hệ số biến thiên, = STDEV/Mean, với STDEV độ lêch chuẩn (a) nhóm mẫu N3 (gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục) Biểu đồ tƣơng tác ϕPn (kN) 2500 ACI 2000 EXP 1500 1000 500 0 10 20 30 40 50 60 70 ϕMn (kNm) (b) nhóm mẫu N4 (gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách qng) Hình 5.6: Một số biểu đồ tƣơng tác điển hình Ghi chú: n : Số lớp CFRP gia cƣờng; fc : Cƣờng độ chịu nén trung bình mẫu lăng trụ bê tông cột, MPa; f’cc : Cƣờng độ chịu nén bê tơng chịu bó hơng, MPa; Ef : Mô đun đàn hồi chịu kéo CFRP, MPa; Ec : Mô đun đàn hồi bê tông, GPa; E2 : Mô đun bê tông giai đoạn phi tuyến (xem Hình 6.1), GPa; tf : Chiều dày lƣới sợi CFRP gia cƣờng, mm; Pu,exp : Khả chịu nén lớn mẫu cột thí nghiệm, KN; Pu,ACI : Khả chịu nén lớn mẫu cột tính theo ACI 440.2R (2017), KN 105 Nhóm mẫu gia cường Kết kiểm chứng mức độ xác cơng thức dự đốn khả chịu nén mẫu cột gia cƣờng CFRP dán dọc lớp CFRP bó hơng liên tục (nhóm N3) gia cƣờng CFRP dán dọc lớp CFRP bó hơng cách qng (nhóm N4) theo ACI 440.2R (2017) đƣợc thể qua Hình 6.7a b Kết cho thấy công thức từ tiêu chuẩn ACI 440.2R (2017) dự đoán khả chịu nén lệch tâm mẫu cột gia cƣờng CFRP nhỏ nhiều so với kết thực nghiệm có độ phân tán cao, thể qua giá trị trung bình tỉ số Pu,ACI / Pu,exp, Mean = 0.68 hệ số biến thiên tƣơng ứng COV = 0.37 (cho nhóm mẫu cột gia cƣờng CFRP dán dọc lớp CFRP bó hơng liên tục - nhóm N3), Mean = 0.73 hệ số biến thiên tƣơng ứng COV = 0.38 (cho nhóm mẫu cột gia cƣờng CFRP dán dọc lớp CFRP bó hơng cách qng - nhóm N4) Có thể thấy rõ rằng, cơng thức dự đốn xác khả chịu nén mẫu cột tâm (e = 0) có độ lệch tâm nhỏ (e = 25mm); nhƣng cột có độ lệch tâm lớn (e = 50mm), kết dự đoán thấp so với thực nghiệm Nhìn chung, độ lệch tâm cột tăng, kết dự đoán theo cơng thức từ tiêu chuẩn thiên an tồn Kiểu gia cƣờng bó hơng liên tục hay cách qng có ảnh hƣởng đến kết tính tốn từ cơng thức, nhƣng hầu nhƣ khơng đáng kể Nhóm mẫu khơng gia cường Kết kiểm chứng mức độ xác cơng thức dự đốn khả chịu nén mẫu cột không gia cƣờng CFRP theo cƣờng độ bê tơng đƣợc thể Hình 6.8 theo độ lệch tâm thể Hình 6.9 Kết cho thấy thay đổi cƣờng độ bê tông có ảnh hƣởng nhỏ đến tính xác khả dự đốn cơng thức; nhiên, tƣơng tự cho nhóm mẫu gia cƣờng, độ lệch tâm ảnh hƣởng đáng kể đến tính xác cơng thức tính khả chịu nén cột từ tiêu chuẩn ACI 440.2R (2017) Theo đó, cơng thức dựa đốn xác khả chịu nén mẫu cột chịu nén tâm, thể qua giá trị trung bình tỉ số Pu,ACI / Pu,exp, Mean = 0.92 hệ số biến thiên tƣơng ứng COV = 0.07; nhiên, mẫu chịu nén lệch tâm, mức độ xác cơng thức tính bị giảm theo gia tăng độ lệch tâm, thể qua giá trị trung bình tỉ số Pu,ACI / Pu,exp, Mean = 0.82 hệ số biến thiên tƣơng ứng COV = 0.13 (mẫu nén lệch tâm 25mm); giá 106 trị trung bình tỉ số Pu,ACI / Pu,exp, Mean = 0.43 hệ số biến thiên tƣơng ứng COV = 0.04 (mẫu lệch tâm 50mm) Bảng 6.3 đánh giá suy giảm khả chịu nén cột chịu nén lệch tâm 25mm cột chịu nén lệch tâm 50mm so với cột tâm theo kết thực nghiệm theo kết tính từ tiêu chuẩn ACI 440.2R (2017) Kết cho thấy, mẫu lệch tâm 25mm, mức độ giảm khả chịu nén cột theo thực nghiệm nhỏ tiêu chuẩn; nhƣng mẫu lệch tâm 50mm, mức độ giảm cột theo thực nghiệm lại lớn tiêu chuẩn (a) mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng liên tục (b) mẫu cột gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hơng cách quãng Hình 5.7: So sánh khả chịu nén mẫu cột gia cƣờng tính tốn từ tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 với kết thực nghiệm 107 Ghi chú: M:Mean – giá trị trung bình; C: COV – hệ số biến thiên M40 – mẫu cột gia cường lớp dán dọc – lớp bó hơng cách qng, cường độ f’c = 48.8MPa Hình 5.8: So sánh khả chịu nén mẫu cột không gia cƣờng (ứng với cƣờng độ bê tơng f’c=22.4; 39.2; 48.8MPa) tính tốn từ tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 với kết thí nghiệm Hình 5.9: So sánh khả chịu nén mẫu cột không gia cƣờng (ứng với độ lệch tâm thay đổi 0, 25, 50mm) tính tốn từ tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 với kết thí nghiệm 108 Ghi chú: M:Mean – giá trị trung bình; C: COV – hệ số biến thiên M25 – mẫu cột không gia cường, cường độ f’c = 22.4MPa M40 – mẫu cột khôn gia cường, cường độ f’c = 39.2MPa M60 – mẫu cột không gia cường, cường độ f’c = 48.8MPa Bảng 5.3: So sánh suy giảm khả chịu nén mẫu cột không gia cƣờng gia cƣờng độ lệch tâm thay đổi theo tiêu chuẩn theo thực nghiệm Cƣờng độ Tên mẫu Pu(exp) Pu(ACI) f’c=22.4 C0-M1-N1 C25-M1-N1 C50-M1-N1 C0-M2-N1 C25-M2-N1 C50-M2-N1 C0-M3-N1 C25-M3-N1 C50-M3-N1 2V1HC0M2-N3 2V1HC25M2-N3 2V1HC50M2-N3 2V1HC0M2-N4 2V1HC25M2-N4 2V1HC50M2-N4 1436.2 895.8 635.7 1819.2 1283.6 1043.5 2257.0 1283.6 1354.2 1222 794 280 1780 1131 463 2099 1298 554 2087.0 1910 1703.8 1228 1293.9 537 1964.8 1910 1532.9 1228 1273.1 537 MPa f’c=39.2 MPa f’c=48.8 MPa f’c=39.2 MPa f’c=39.2 MPa Pu(ACIe25)/ Pu(ACI- Pu(ACIe50)/ Pu(ACI- e0) e0) 0.44 0.65 0.23 0.71 0.57 0.64 0.26 0.57 0.60 0.62 0.26 0.82 0.62 0.64 0.28 0.78 0.65 0.64 0.28 Pu(expe25)/ Pu(exp-e0) Pu(expe50)/ Pu(exp-e0) 0.62 109 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết luận Đề tài khảo sát thực nghiệm ảnh hƣởng cƣờng độ bê tông đến ứng xử cột bê tông cốt thép gia cƣờng CFRP chịu nén lệch tâm phƣơng; ứng xử chịu nén lệch tâm cột bê tơng cốt thép (BTCT) có cƣờng độ bê tông độ lệch tâm thay đổi, đƣợc gia cƣờng CFRP với cấu hình gia cƣờng khác (2 lớp CFRP dán dọc, lớp CFRP dán dọc + lớp CFRP bó hơng cách qng, lớp CFRP dán dọc + lớp CFRP bó hơng liên tục) Dựa kết đạt đƣợc, số kết luận đƣợc rút nhƣ sau: Sử dụng cấu hình gia cƣờng kết hợp CFRP bó hơng dán dọc giúp cải thiện mạnh khả biến dạng (chuyển vị cuối cùng) mẫu cột thực nghiệm cho trƣờng hợp chịu nén tâm (chuyển vị dọc trục nở hông cuối lần lƣợt tăng đến 31.7% 30.2%) trƣờng hợp chịu nén lệch tâm (chuyển vị dọc trục nở hông cuối lần lƣợt tăng đến 37.2% 22.8%); mức độ cải thiện hầu nhƣ không bị chi phối độ lệch tâm, nhƣng có xu hƣớng giảm dần cƣờng độ bê tơng mẫu cột tăng Đồng thời, cấu hình gia cƣờng làm tăng đáng kể khả chịu nén cột (14.7% cho trƣờng hợp nén tâm 32.7% cho trƣờng hợp nén lệch tâm); gia tăng tăng theo độ lệch tâm, nhƣng giảm theo gia tăng cƣờng độ bê tông mẫu cột Phƣơng pháp gia cƣờng dùng CFRP bó hơng liên tục khơng thật trội so với việc dùng CFRP bó hơng cách qng việc cải thiện khả chịu lực biến dạng mẫu cột Phƣơng pháp gia cƣờng bó hơng liên tục, có diện tích gia cƣờng gấp đơi so với phƣơng pháp gia cƣờng bó hơng cách quãng, nhƣng hiệu gia cƣờng lại không cao; theo đó, chuyển vị dọc trục nở hơng lớn mẫu cột nén lệch tâm đƣợc gia cƣờng bó hơng liên tục tăng trung bình 5% 8% so với mẫu cột gia cƣờng bó hơng cách quãng Đồng thời, khả chịu nén mẫu cột gia cƣờng bó hơng liên tục tăng tối đa xấp xỉ 11% so với mẫu cột gia cƣờng bó hơng cách qng Phát cho thấy phƣơng pháp gia cƣờng bó hơng cách qng giải pháp gia cƣờng hợp lý cho cột BTCT mơi trƣờng làm việc bình thƣờng; giảm đáng kể chi phí cho cơng tác thi cơng mà khơng ảnh hƣởng nhiều đến hiệu gia cƣờng hệ 110 Tấm CFRP bó hơng cốt đai mẫu cột có tƣơng tác mạnh, thể qua hệ số tƣơng quan (CORR) dao động từ 0.88 đến 0.96; theo đó, CFRP bó hơng làm tăng đáng kể biến dạng cuối cốt đai cột chịu nén tâm (từ đến 40%) làm tăng mạnh biến dạng cuối cốt đai cột chịu nén lệch tâm (từ 2.2 đến 4.5 lần) Tƣơng tự, CFRP gia cƣờng dọc có tƣơng tác mạnh với cốt thép dọc cột, đặc biệt có kết hợp với CFRP bó hơng, thể qua CORR dao động từ 0.82 đến 0.98 Tấm CFRP gia cƣờng dọc làm tăng đáng kể biến dạng cuối cột thép dọc cột chịu nén lệch tâm (từ 10 đến 22%) Trong bối cảnh mơ hình tính tốn khả chịu lực cột BTCT gia cƣờng CFRP hầu hết dựa nguyên lý cộng tác dụng bỏ qua ảnh hƣởng tƣơng tác thành phần tham gia chịu lực cột, kết thực nghiệm hữu dụng, sở để phát triển mơ hình tính tốn có kể đến tƣơng tác thành phần nhƣ trình bày nhằm giúp cho việc dự đoán phản ánh đƣợc đầy đủ xác chất vật lý ứng xử cột Tấm CFRP bó hơng có tƣơng tác ảnh hƣởng lớn đến biến dạng CFRP gia cƣờng dọc, thể qua hệ số CORR = 0.75; theo đó, CFRP bó hơng đóng vai trò nhƣ hệ neo làm tăng rõ rệt biến dạng cuối CFRP dán dọc (lên tới 68.6%) gia tăng không bị ảnh hƣởng cƣờng độ bê tơng cột phƣơng pháp bó hơng (liên tục cách quãng) Cơ chế phá hoại mẫu nén tâm đƣợc dựa biến dạng nở hông bê tông Cơ chế giúp cho CFRP bó hơng phát huy gần nhƣ tối đa khả làm việc chúng; vậy, biến dạng bó hơng lớn CFRP bó hơng gần nhƣ không phụ thuộc vào cƣờng độ bê tông cột Tuy nhiên, mẫu chịu nén lệch tâm, chế phá hủy đƣợc bắt đầu ứng suất kéo bê tông thớ chịu kéo cột đƣợc định ứng suất nén thớ chịu nén cột (mẫu cột bị phá hoại bê tông bị nén vỡ CFRP làm việc cịn hạn chế), vậy, tham gia CFRP bó hơng vào khả chịu lực cột không rõ ràng nhƣ trƣờng hợp nén tâm Cơ chế làm cho yếu tố độ lớn cƣờng độ bê tơng độ lệch tâm đóng vai trị định vai trị CFRP bó hơng thứ yếu; vậy, cƣờng độ bê tông cao độ lệch tâm lớn, 111 biến dạng đóng góp CFRP vào khả chịu lực cột giảm Cơng thức tính tốn theo tiêu chuẩn ACI 440.2R (2017) dự đốn xác khả chịu nén mẫu cột có khơng có gia cƣờng, chịu nén tâm lệch tâm có độ lệch tâm nhỏ (e/h = 0.03), thể qua giá trị trung bình tỉ số khả chịu nén tính tốn thực nghiệm, Pu,ACI / Pu,exp, cho trƣờng hợp cột đƣợc gia cƣờng Mean = 0.92 0.97 (nén tâm), = 0.72 0.8 (nén lệch tâm); nhƣng cột có độ lệch tâm lớn (e/h = 0.06), kết dự đoán lại thấp so với thực nghiệm, thể qua giá trị trung bình tỉ số, Pu,ACI / Pu,exp, cho trƣờng hợp cột gia cƣờng Mean = 0.42 Kết dự đoán theo cơng thức từ tiêu chuẩn có xu hƣớng thấp so với thực nghiệm độ lệch tâm cột tăng Kiểu gia cƣờng bó hơng liên tục hay cách qng có ảnh hƣởng đến kết tính tốn từ công thức, nhƣng hầu nhƣ không đáng kể 6.2 Kiến nghị Do số lƣợng mẫu cột thí nghiệm nghiên cứu (25 mẫu) số lƣợng thông số khảo sát khiêm tốn nên số liệu thí nghiệm chƣa phản ảnh hết đƣợc đầy đủ trọn vẹn ứng xử cột chịu nén lệch tâm điều kiện thực tế Cho nên, cần có thêm nhiều nghiên cứu đầy đủ sâu liên quan đến vấn đề phân tích đánh giá độ bền cột BTCT đƣợc gia cƣờng CFRP (dán dọc bó hơng) chịu nén lệch tâm phƣơng để có liệu đầy đủ hơn, nhằm đánh giá đƣợc cách thật tổng quát ứng xử cấu kiện cột BTCT gia cƣờng CFRP nhƣ phục vụ cho công tác kiểm chứng cách xác mức độ an tồn cơng thức nhƣ qui trình tính tốn cột gia cƣờng CFRP chịu nén lệch tâm phƣơng hƣớng dẫn ACI 442.2R (2017) hành, giúp đảm bảo đƣợc tính kinh tế thiết kế nhƣng khơng ảnh hƣởng đến tính an tồn cơng trình 112 CHƢƠNG 7: TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mirmiran, A., Shahawy, M., Samaan, M., Echary, H.E., Mastrapa, J.C., Pico, O (1998), “Effect of Columns Parameters on FRP- Confined Concrete” Journal of Composites for Construction, Vol 2, pp 175-185 [2] Parvin, A., Wang, W (2001), “Behavior of FRP jacketed concrete columns under eccentric loading” Journal of Composites for Construction, Vol.5, pp 146-152 [3] Hadi, M.N.S (2006), “Behavior of FRP wrapped normal strength concrete columns under eccentric loading”, Composites Structures, Vol 72, pp 503511 [4] Hadi, M.N.S (2007), “Behavior of FRP strengthened concrete columns columns under eccentric compression loading” Journal of Composites for Construction, Vol 77, pp 92-96 [5] Maaddawy, T.E (2009), “Strengthening of Eccentrically Loaded Reinforced Concrete Columns with Fiber-Reinforced Polymer Wrapping System: Experimental Investigation and Analytical Modeling”, Journal of Composites for Construction, Vol 13, pp 13 – 24 [6] Hadi, M.N.S., Widiarsa, I.B.R (2012), “Axial and Flexural Performance off Square RC Columns Wrapped wwith CFRP under Eccentric Loading”, American Society of Civil Engineers, Vol 16, pp 640-649 [7] Li J., Hadi M.N.S (2003), “Behavior of externally confined high strength concrete columns under eccentric loading”, Journal of Composites for Construction, Vol 62, pp 145-53 [8] Sadeghian, P., Rahai, A.R., Ehsani, M.R (2010), “ Experimental Study of Rectangular RC Columns Strengthened with CFRP Composites under Eccentric Loading”, Journal of Composites for Construction, Vol 14, pp 443 – 450 [9] Hadi, M.N.S (2009), “Behavior of eccentric loading of FRP confined fibre steel reinforced concrete columns”, Constructionand Building Materials, Vol 23, pp 1102-1108 113 [10] Wang, Z., Wang, D., Smith, M.C., Lu, D (2012), “CFRP – Confined Square RC Columns I : Experimental Investigation”, Journal of Composites for Construction, Vol 16, pp 150-160 [11] Faustino, P., Chastre, C., Paula R (2014), “Design model for square RC columns under compression confined with CFRP” Composites: Part B engineering, Vol 57, pp.187–198 [12] Mander, J.B., Priestley, M.J.N., Park, R (1988), “Theoretical Stress – strain Model for Confined Concrete” Journal of Structural Engineering, Vol.114, pp 1804-1826 [13] Saadatmanesh, H., Ehsani, M.R., Li, M.W., (1994), “Strength and Ductility of Concrete columns Externally Reinforced with Fiber Composites Straps”, ACI Structural Journal, Vol 91, pp 434-447 [14] Popovics, S “Numerical Approach to the Complete Stress – strain Curves for Concrete”, Cement and concrete Research, Vol 3, pp 583-599 [15] Song, X., Gu, X., Li, Y., Chen, T., Zhang, W (2013), “Mechanical behavior of FRP-strengthened concrete columns subjected to concentricand eccentric compression loading”, Journal of Composites for Construction, Vol 17, pp 336–346 [16] Gajdosova, K., Bilcik, J., (2013), “Full-scale testing of CFRP-strengthened slender reinforced concrete columns”, Journal of Composites for Construction, Vol 17, pp 239–248 [17] Luca, A.D., A.; Nardone, F., Matta, F., Nanni, A., Lignola, G., Prota, A (2011), “Structural evaluation of full-scale FRP-confined reinforced concrete columns”, Journal of Composites for Construction, Vol 15, pp 112–123 [18] Wu, H., Wang, Y., Yu, L., Li, X (2009), “Experimental and computational studies on high-strength concrete circular columns confined by aramid fiberreinforced polymer sheets”, Journal of Composites for Construction, Vol 13, pp 125–134 [19] Toutanji, H., Han, M., Gilbert, J., Matthys, S (2010), “Behavior of largescale rectangular columns confined with FRP composites”, Journal of Composites for Construction, Vol 14, pp 62–71 114 [20] Herwig, A., Motavalli, M., (2012), “Axial behavior of square reinforced concrete columns strengthened with lightweight concrete elements and unbonded GFRP wrapping”, Journal of Composites for Construction, Vol 16, pp 747–752 [21] Abdelrahman, K., El-Hacha, R (2012), “Behavior of large-scale concrete columns wrapped with CFRP and SFRP sheets”, Journal of Composites for Construction, Vol 16, pp 430–439 [22] Matthys, S., Toutanji, H., Taerwe, L (2006), “Stress–strain behavior of large-scale circular columns confined with FRP composites”, Journal of Structural Engineering, Vol 132, pp 123–133 [23] Parvin, A., Brighton, D (2014), “FRP Composites Strengthening of Concrete Columns under Various Loading Conditions”, Polymers, Vol 6, pp 1040-1056 [24] ACI 440.2R-17 (2017): Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures Farmington Hills, MI: American Concrete Institute [25] CSA S806-02 (2002): Design and Construction of Building Components with Fibre-Reinforced Polymers Canadian Standards Association [26] Khánh P.N., Hùng, L.M., Thanh, N.C (2013), “Phân tích hiệu kỹ thuật giải pháp gia cƣờng kết cấu bê tông cốt thép vật liệu cốt sợi tổng hợp” Tạp chí khoa học thủy lợi môi trường, số đặc biệt tháng 11/2013 [27] Tƣờng, N.Q (2007), “Sửa chữa gia cố cơng trình bê tơng cột thép phƣơng pháp dán nhờ sử dụng vật liệu FRP” Tạp chí Phát triển khoa học cơng nghệ, số 10/2007 [28] ACI 318-14 Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14) Farmington Hills, Michigan, USA: American Concrete Institue (ACI); 2014 [29] Maguire M, Chang M, Collins WN, Sun Y Stress increase of unbonded tendons in continuous posttensioned members J Bridge Eng 2017; 22:04016115 115 CHƢƠNG 8: PHỤ LỤC TÍNH TỐN KHẢ NĂNG KHÁNG NÉN CỦA CỘT THEO TIÊU CHUẨN ACI 440.2R-17 Phụ lục 1: Mẫu cột đƣợc gia cƣờng lớp dán dọc + lớp bó hông liên tục, fc = 49MPa, với độ lệch tâm thay đổi e= 0, 25, 50mm Bảng 8.1: Bảng tính khả kháng nén cột gia cƣờng CFRP bó hơng điểm A SỐ TÊN THỨ THƠNG TỰ SỐ TÍNH PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐƠN VỊ TÍNH KẾT QUẢ Thơng số hình dạng cột Chiều rộng tiết diện cột Theo mơ hình thí nghiệm (b) Chiều dài tiết diện cột Theo mơ hình thí nghiệm (h) Bán kính Theo thiết kế mơ hình cột góc vát tiêu chuẩn thi công vật liệu cạnh cột (rc) CFRP Diện tích Tính tốn theo hình dạng mặt mặt cắt tiết cắt tiết diện cột diện cột (Ag) Chiều dài đường chéo D  b2  h2 tiết diện (D) Bê tông Cường độ giới hạn bê tông (f'c) mm 200 mm 200 mm 15 mm2 39803 mm 282.8 MPa 39.2 Kết thí nghiệm kéo mẫu thép MPa 528 Theo mơ hình thép dọc gồm  mm2 904.3 g= (Ast/Ag)x100% % 2.23 Kết thí nghiệm nén mẫu bê tông dùng để đúc cột Cốt thép Cường độ chảy dẽo thép (fy) Diện tích thép dọc (Ast) Hàm lượng thép dọc (g) GHI CHÚ 116 Vật liệu CFRP Chiều dày Theo số liệu nhà sản xuất (tf) cung cấp mm 0.166 MPa 900 Cường độ chịu kéo giới hạn định danh Theo số liệu nhà sản xuất cung cấp (f*fu) Cường độ Công thức chịu kéo giới hạn MPa 4655 tính tốn (ffu) (9-4a) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 f fu  CE f fu* Biến dạng định danh (fu) Theo số liệu nhà sản xuất cung cấp mm/mm 0.0167 Cơng thức Biến dạng tính toán (fu) mm/mm 0.0159  fu  C  * E fu (9-4b) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Công thức Modun đàn hồi (Ef) Ef  f fu GPa 240  fu Hệ số điều việc vật liệu CFRP Lấy theo Bảng 9.4 tiêu chuẩn 440.2R-17 0.95 (CE) Hệ số () Lấy theo mục 12.1 tiêu chuẩn 440.2R-17 chuẩn ACI 440.2R-17 Các hệ số dùng để tính tốn kiện làm (9-4c) tiêu 0.55 117 Hệ số (f) Lấy theo mục 12.1 tiêu chuẩn Hệ số (P) Lấy theo mục 9.3.2.2 0.95 440.2R-17 Biến dạng Công thức hiệu CFRP Tính theo cơng thức (6.10) mm/mm 0.0087 (fe) Khi gia cường n=1 lớp CFRP chuẩn ACI 440.2R-17 Cường độ bó hơng (fl) (12.1i) tiêu fl  E f nt f  fe 2.5 MPa D Công thức (12-1h) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Kiểm tra tỉ số nén nhỏ 10 Khi gia cường n=1 lớp CFRP Tỉ số diện tích nén hiệu quả/diện tích tiết diện Tính hệ số a Điều kiện kiểm tra theo mục 12.1 tiêu chuẩn ACI 440.2R17 fl/f'c >0.08 FAILSE Tính theo cơng thức (6.9) 0.55 Tính theo cơng thức (6.11) 0.55 Công thức (12.1.2d) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Công thức (121.2b) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Cường độ chịu nén bị bó hơng (f'cc) 11 Khi gia cường n=1 lớp CFRP Tính theo cơng thức (6.5) 43.1 Cơng thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 1910 Công thức (12-1b) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17; khơng tính hệ số giảm tả MPa Tải trọng giới hạn cột gia cường CFRP (Pn) 12 Khi gia cường lớp CFRP (Pn1) Tính theo cơng thức (6.13) KN 118 Bảng 8.2: Bảng tính khả kháng nén cột gia cƣờng CFRP bó hơng điểm B SỐ TÊN THỨ THƠNG SỐ TỰ TÍNH PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐƠN VỊ TÍNH KẾT GHI QUẢ CHÚ Thơng số hình dạng cột Chiều rộng tiết diện cột (b) Chiều dài tiết diện cột (h) Bán kính góc vát cạnh cột (rc) Diện tích mặt cắt tiết diện cột (Ag) Chiều dài đường chéo tiết diện (D) Theo mơ hình thí nghiệm mm 200 Theo mơ hình thí nghiệm mm 200 Theo thiết kế mơ hình cột tiêu chuẩn thi cơng vật liệu CFRP mm 15 Tính tốn theo hình dạng mặt cắt tiết diện cột mm2 39803 mm 282.8 MPa 39 MPa 528 mm2 904.3 % 2.23 mm 0.166 MPa 900 D  b2  h2 Bê tông Cường độ giới hạn bê tông (f'c) Cường độ chảy dẽo thép (fy) Diện tích thép dọc (Ast) Hàm lượng thép dọc (g) Chiều dày (tf) Cường độ chịu kéo giới hạn định danh (f*fu) Kết thí nghiệm nén mẫu bê tông dùng để đúc cột Cốt thép Kết thí nghiệm kéo mẫu thép Theo mơ hình thép dọc gồm  g = (Ast/Ag)x100% Vật liệu CFRP Theo số liệu nhà sản xuất cung cấp Theo số liệu nhà sản xuất cung cấp Cường độ chịu kéo giới hạn tính tốn (ffu) f fu  CE f Biến dạng định danh (fu) Theo số liệu nhà sản xuất cung cấp Biến dạng tính tốn (fu) MPa 4655 mm/mm 0.0167 * fu  fu  CE *fu mm/mm 0.0159 Công thức (9-4a) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Công thức (9-4b) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 119 Modun đàn hồi (Ef) Ef  f fu  fu GPa 240 Công thức (9-4c) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Các hệ số dùng để tính tốn Hệ số điều kiện làm việc vật liệu CFRP (CE) Hệ số ( Hệ số (f) Hệ số (P) Biến dạng hiệu CFRP (fe) Lấy theo Bảng 9.4 tiêu chuẩn 440.2R-17 0.95 Lấy theo mục 12.1 tiêu chuẩn 440.2R-17 Lấy theo mục 12.1 tiêu chuẩn 440.2R-17 Lấy theo mục 9.3.2.2 tiêu chuẩn ACI 318R-08 Tính theo cơng thức (6.10) 0.55 0.95 mm/mm 0.004 Công thức (12.1i) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 1.1 Cơng thức (12-1h) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Cường độ bó hông (fl) Khi gia cường n=1 lớp CFRP fl  E f nt f  fe D MPa Kiểm tra tỉ số nén nhỏ Khi gia cường n=1 lớp CFRP Tỉ số diện tích nén hiệu quả/diện tích tiết diện 10 Tính hệ số a Điều kiện kiểm tra theo mục 12.1 tiêu chuẩn ACI 440.2R17 fl/f'c >0.08 FAILSE Tính theo cơng thức (6.9) 0.55 Tính theo cơng thức (6.11) 0.55 Cơng thức (12.1.2d) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Công thức (121.2b) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Cường độ chịu nén bị bó hơng (f'cc) 11 Khi gia cường n=1 lớp CFRP 41 Tính theo cơng thức (6.5) MPa Công thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 120 Biến dạng nén bê tơng khơng bó hơng, Lấy theo tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 0.002 14 Hệ số b Tính tốn theo cơng thức 12.1.2c 0.507 15 Biến dạng lớn bê tơng bó hơng, ccu Tính tốn theo cơng thức 12.1j 0.0035 12 ’c Cơng thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Công thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Công thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Tính tốn hệ số cho điểm B 16 Vị trí trục trung hịa c Tính tốn theo cơng thức D-4 Tính tốn hệ số E2 mm 164 Tính tốn theo cơng thức 12.1e Mpa 515 Tính tốn ’t Tính tốn theo cơng thức 12.1f Mpa 0.00269 Tính tốn hệ số yt Tính tốn theo cơng thức D-5 mm 127 Biến dạng lớp thép 1, s1 Tính tốn theo Fig D-1, Khoảng cách lớp thép đến trọng tâm tiết diện, d1 Ứng suất lớp thép 1, fs1 0.0027 Tính toán theo Fig D-1, mm 64 fs1 = Es x s1 0.08 FAILSE 133 10 Tỉ số diện tích nén hiệu quả/diện tích tiết diện Tính hệ số a Tính theo cơng thức (6.9) Tính theo cơng thức (6.11) 0.55 Công thức (12.1.2d) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 0.55 Công thức (121.2b) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 41 Công thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Cường độ chịu nén bị bó hơng (f'cc) 11 Khi gia cường n=1 lớp CFRP Tính theo công thức (6.5) MPa 12 Biến dạng nén bê tơng khơng bó hơng, ’c Lấy theo tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 0.002 14 Hệ số b Tính tốn theo công thức 12.1.2c 0.507 15 Biến dạng lớn bê tơng bó hơng, Tính tốn theo cơng thức 12.1j Công thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 Công thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 0.0035 Công thức (12.1g) tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 164 Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 515 Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 0.00269 Công thức tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 ccu Tính tốn hệ số cho điểm B Vị trí trục trung hịa c 16 Tính tốn hệ số E2 Tính tốn ’t Tính tốn theo cơng thức D-4 Tính tốn theo cơng thức 12.1e Tính tốn theo cơng thức 12.1f mm Mpa Mpa 134 Tính tốn hệ số yt Tính tốn theo cơng thức D-5 mm 127 Biến chuẩn dạng lớp thép 1, Tính toán theo Fig D-1, 0.0027 Biến dạng lớp thép 2, 17 Tính tốn theo Fig D-1, mm 64 fs1 = Es x s1