Nghiên cứu ứng xử khi chịu lực nén của bêtông gia cường bao bọc bởi vật liệu sợi carbon

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CAO NGUYÊN THI NGHIÊN CỨU ỨNG XỬ KHI CHỊU LỰC NÉN CỦA BÊTÔNG GIA CƯỜNG BAO BỌC BỞI VẬT LIỆU COMPOSITE SỢI CARBON Chuyên ngành: Vật liệu công nghệ vật liệu xây dựng Mã số : 605880 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS Trần Văn Miền Chữ ký : Cán chấm nhận xét : TS Bùi Đức Vinh Chữ ký: Cán chấm nhận xét : PGS.TS Phạm Hữu Hanh Chữ ký: Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 04 tháng 01 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS Nguyễn Văn Chánh PGS.TS Phạm Hữu Hanh TS Bùi Đức Vinh TS Trần Văn Miền TS Lê Anh Tuấn Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Cao Nguyên Thi MSHV:11190727 Ngày, tháng, năm sinh: 30/09/1988 Nơi sinh: Mỹ Tho, Tiền Giang Chuyên ngành: Vật liệu công nghệ vật liệu xây dựng Mã số : 605880 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ứng xử chịu lực nén bêtông gia cường bao bọc vật liệu sợi carbon II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1.Tổng quan đề tài 2.Cơ sở khoa học 3.Hệ nguyên vật liệu nghiên cứu 4.Kết nghiên cứu 5.Kết luận kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/07/2012 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21/12/2012 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Trần Văn Miền Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TS Trần Văn Miền PGS.TS.Nguyễn Văn Chánh TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ thành học viên suốt trình học tập trường đại học Bách Khoa Tp.HCM Giai đoạn thực luận văn giúp em hệ thống lại kiến thức mà thầy cô truyền đạt giảng đường, đồng thời bước tìm hiểu, làm quen trao dồi kinh nghiệm phục vụ cho việc nghiên cứu khoa học Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn Thầy, TS TRẦN VĂN MIỀN tận tình hướng dẫn, giúp em hồn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn đến tất quý thầy cô ban giảng viên Bộ mơn: VẬT LIỆU XÂY DỰNG tận tình truyền đạt đóng góp nhiều ý kiến quý báu trình thực luận văn Cảm ơn tất bạn bè giúp đỡ công việc mặt tinh thần để luận văn hoàn thành Lời cuối xin cảm ơn tất quý thầy cô trường ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM, người bỏ công sức để truyền đạt kiến thức q trình dạy dỗ Vì thời gian có hạn kiến thức hạn chế chắn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến q thầy bạn Em xin chân thành cảm ơn! TP.HCM, tháng 12 năm 2012 Học viên CAO NGUYÊN THI TÓM TẮT Lưới sợi carbon CFRP hồn tồn gia tăng khả chịu tải cột bêtông cách đáng kể, mang lại hiệu gia cường cao cho kết cấu Tuy nhiên, hiệu gia cường lưới carbon CFRP phụ thuộc vào số yếu tố như: số lớp lưới CFRP sử dụng hay nói cách khác mức độ gia cường, giá trị bán kính góc bo cạnh cột, mác bêtông thiết kế, cách thức quấn lưới xung quanh thân cột Trong nghiên cứu sử dụng hai loại mẫu cột vuông (100x100x300 mm) cột trịn (150x300 mm) với ba loại mác bêtơng 30, 40 50 MPa, tất quấn lớp lưới carbon CFRP Bên cạnh đó, mẫu cột vng có bán kính bo góc 0, 8, 16, 24, 32 mm Ngồi ra, nghiên cứu khảo sát hiệu gia cường số mẫu cột mà lưới CFRP quấn theo nhiều cách khác xung quanh thân cột Qua kết thực nghiệm thu được, thấy rõ dùng hai lớp lưới CFRP hiệu gia cường tốt dùng lớp Cường độ chịu nén mẫu tăng dần ứng với gia tăng bán kính góc bo, góc bo nhỏ nên dùng 16 mm Khảo sát mẫu mà thân cột khơng dán lưới CFRP tồn diện tích xung quanh nhận thấy mẫu hiệu gia cường không cao so với trường hợp dán lưới toàn thân cột, mức độ gia tăng cường độ cao đạt 1.35 Quan sát mẫu gia cường lưới CFRP sau nén, ghi nhận ba dạng phá hoại sau: phá hoại kéo đứt lưới CFRP; tách lớp CFRP kết hợp hai dạng Từ khóa: Lưới sợi carbon CFRP, bán kính bo góc, mức độ gia cường ABSTRACT Concrete columns confined with carbon fiber reinforced polymer (CFRP) composites can significantly enhance strength of jacketed columns Behavior of the concrete columns in this case depends on mainly parameters such as confinement level, unconfined concrete strength, shape of cross-section and corner radius This study used both of square (100x100x300 mm) and circular columns (150x300 mm) with three grades of 30, 40 and 50 MPa, they are wrapped by 0, and layers of CFRP, respectively Effectiveness of corner radius is mentioned in this paper through the square columns with rounded corner radius of 0, 8, 16, 24 and 32 mm Base on the experimental databases, it is clearly to conclude that the confinement effectiveness of 2-plies CFRP wrap specimens is better than the 1-ply CFRP wrap specimens In addition, the compressive strength of square specimens increased if increasing corner radius and the minimum corner radius should be used is 16 mm The confinement effectiveness of non-full CFRP wrapped specimens is less than full CFRP wrapped specimens The failure mode of CFRP have situations: the rupture of CFRP, the delamination of CFRP and combination of CFRP rupture and delamination Keywords: CFRP; confinement; circular and square cross-section; compressive strength, corner radius LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Luận văn cơng trình nghiên cứu thực cá nhân, thực hướng dẫn TS TRẦN VĂN MIỀN Các số liệu, kết trình bày luận văn trung thực chưa cơng bố hình thức Tơi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Học viên CAO NGUYÊN THI Trang |i MỤC LỤC Trang DANH SÁCH HÌNH VẼ iii DANH SÁCH BẢNG BIỂU viii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.2 Các nghiên cứu nƣớc trƣớc 1.3 Các nghiên cứu nƣớc trƣớc 1.4 Mục tiêu nghiên cứu 19 1.5 Phạm vi nghiên cứu 19 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC 22 2.1 Giới thiệu vật liệu composite cốt sợi (Fiber Reinforced Polymer (FRP)) 22 2.2 Cơ chế phá hủy bêtông 31 2.3 Sự làm việc FRP 34 CHƢƠNG 3: HỆ NGUYÊN VẬT LIỆU 44 3.1 Xi măng 44 3.2 Cát 44 3.3 Đá 46 3.4 Lƣới sợi cacbon gia cƣờng CFRP 47 3.5 Keo Epoxy 48 3.6 Phụ gia siêu dẻo 49 3.7 Nƣớc 49 3.8 Thiết kế cấp phối bêtông 49 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 50 4.1 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 50 4.2 Thiết lập thí nghiệm 55 4.3 Các dạng phá hoại mẫu 56 4.3.1 Các dạng phá hoại mẫu vuông 56 HVTH: Cao Nguyên Thi MSHV: 11190727 T r a n g | ii 4.3.2 Các dạng phá hoại mẫu trịn (trƣờng hợp thân cột đƣợc quấn tồn diện tích xung quanh) 59 4.3.3 Các dạng phá hoại mẫu tròn (trƣờng hợp thân cột khơng đƣợc quấn tồn diện tích xung quanh) 61 4.4 Đánh giá hiệu gia cƣờng CFRP mẫu cột vuông 65 4.4.1 Đánh giá ảnh hƣởng bán kính góc mác bêtơng thiết kế mẫu cột vng đến hiệu gia cƣờng 65 4.4.2 Đánh giá ảnh hƣởng số lớp lƣới sợi carbon CFRP đến hiệu gia cƣờng 70 4.4.3 Quan hệ Ứng suất – Biến dạng mẫu cột bêtông tiết diện vuông 73 4.4.3.1 Quan hệ Ứng suất – Biến dạng mẫu cột bêtông tiết diện vuông mác 30 MPa 73 4.4.3.2 Quan hệ Ứng suất – Biến dạng mẫu cột bêtông tiết diện vuông mác 40 MPa 76 4.4.3.3 Quan hệ Ứng suất – Biến dạng mẫu cột bêtông tiết diện vuông mác 50 MPa 79 4.5 Đánh giá hiệu gia cƣờng CFRP dán toàn thân mẫu cột bêtơng tiết diện trịn 82 4.5.1 Đánh giá ảnh hƣởng số lớp lƣới sợi carbon mac bêtông thiết kế 82 4.5.2 Quan hệ Ứng suất – Biến dạng mẫu cột bêtơng tiết diện trịn 84 4.6 Đánh giá hiệu gia cƣờng CFRP dán phần thân mẫu cột bêtông tiết diện tròn 86 4.6.1 Kết cƣờng độ chịu nén mẫu với cách quấn lƣới khác 86 4.6.2 Quan hệ Ứng suất – Biến dạng mẫu cột bêtơng tiết diện trịn 91 4.7 Mối tƣơng quan tham số ảnh hƣởng đến giá trị f’cc 92 4.7.1 Quan hệ ke tỷ số f’cc/f’c 93 4.7.2 Cơng thức dự đốn giá trị f’cc dựa kết thực nghiệm 97 4.7.3 Cơng thức dự đốn giá trị f’cc dựa kết thực nghiệm ( trƣờng hợp mẫu 10101 mẫu 01010) 98 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 103 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 104 HVTH: Cao Nguyên Thi MSHV: 11190727 T r a n g | iii DANH SÁCH HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Sợi carbon đƣợc ứng dụng việc chế tạo máy bay Hình 1.2: Mui xe BMW M6 làm vật liệu composite sợi carbon Hình 1.3: Sợi thủy tinh (trái) sợi carbon (phải) Hình 1.4: FRP dùng thay cốt thép Hình 1.5: Sử dụng CFRP để gia cƣờng kết cấu sàn (a), dầm (b), cột (c) Hình 1.6: Mơ tả thí nghiệm chịu tải dầm BTCT đƣợc gia cƣờng FRP Hình 1.7: Các mẫu thí nghiệm Riad Benzaid sử dụng vật liệu sợi thủy tinh GFRP Hình 1.8: Ảnh hƣởng số lớp GFRP đến mức độ gia tăng cƣờng độ chịu nén Hình 1.9: Ảnh hƣởng số lớp GFRP đến mức độ gia tăng biến dạng dọc trục Hình 1.10: Biểu đồ ứng suất – biến dạng Hình 1.11: Ảnh hƣởng bán kính góc bo đến hệ số gia tăng cƣờng độ 10 Hình 1.12: Ảnh hƣởng hệ số bán kính góc đến biến dạng FRP 11 Hình 1.13: Các mẫu gia cƣờng lƣới sợi carbon CFRP R.Abbasnia 11 Hình 1.14: Các mẫu cột bêtơng cốt thép thí nghiệm T.Turgay 12 Hình 1.15: Khung cốt thép sử dụng cho mẫu cột thí nghiệm T.Turgay 12 Hình 1.16: Phá hoại xảy chủ yếu đầu chân cột 13 Hình 1.17: Mơ hình mẫu thí nghiệm Hua Wei 14 Hình 1.18: Các dạng phá hoại sau thí nghiệm 15 Hình 1.19: Mơ hình ứng suất – biến dạng Lam Teng cho bêtông gia cƣờng FRP 16 Hình 1.20: Tiết diện ngang theo mơ hình Lam Teng 18 Hình 1.21a: Các trƣờng hợp quấn lƣới CFRP đƣợc khảo sát 20 Hình 1.21b: Các trƣờng hợp quấn lƣới CFRP đƣợc khảo sát 21 Hình 2.1: Cấu tạo nhiều lớp FRP 24 HVTH: Cao Nguyên Thi MSHV: 11190727 T r a n g | 90 Từ đồ thị (hình 4.40) thấy cho dù dùng hay hai lớp lƣới giá trị f’cc/f’c ba mẫu 10101; 01010 010 tƣơng đƣơng nhƣng so với mẫu đối chứng cao Mức độ gia tăng cƣờng độ trung bình mẫu 1.1 Nguyên nhân trƣờng hợp này, lƣới sợi khơng bao phủ hết diện tích xung quanh thân cột nên phần thể tích bêtơng bị kiềm chế hữu hiệu giảm (hình 2.18), CFRP khơng hạn chế đƣợc hồn tồn áp lực hơng dẫn đến hiệu gia cƣờng khơng so với trƣờng hợp quấn tồn Tuy nhiên, hiệu gia tăng cƣờng độ có giá trị f’cc/f’c thu đƣợc cao so với mẫu đối chứng giá trị thấp Riêng mẫu 010-200 dùng hai lớp lƣới giá trị f’cc/f’c thu đƣợc cao trƣờng hợp khác (1.35), đạt khoảng 70% so với giá trị thu đƣợc từ mẫu C2 Hình 4.41: Các mẫu ký hiệu 101 Ngồi ra, thí nghiệm mẫu 010 dùng lớp lƣới CFRP quấn xung quanh thân hai đầu cột cho thấy gia tăng cƣờng độ chịu nén so với mẫu đối chứng nhƣng hiệu tƣơng đƣơng với mẫu trƣớc (tỷ số f’cc/f’c đạt 1.16) HVTH: Cao Nguyên Thi MSHV: 11190727 T r a n g | 91 4.6.2 Quan hệ Ứng suất – Biến dạng mẫu cột bêtơng tiết diện trịn 60 50 Ứng suất (MPa) 40 C0 C1-10101 C1-01010 C1-010 C1-010-200 C1 30 20 10 -1.500 -1.000 -0.500 0.000 0.500 1.000 1.500 Biến dạng hông (%) Biến dạng dọc trục (%) Hình 4.42: Quan hệ Ứng suất – Biến dạng mẫu dùng lớp CFRP 80 70 Ứng suất (MPa) 60 50 C0 C2-10101 C2-01010 C2-010 C2-010-200 C2 40 30 20 10 -2.000 -1.500 -1.000 -0.500 Biến dạng dọc trục (%) 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 Biến dạng hơng (%) Hình 4.43: Quan hệ Ứng suất – Biến dạng mẫu dùng hai lớp CFRP HVTH: Cao Nguyên Thi MSHV: 11190727 T r a n g | 92 Nhận xét: Từ hai biểu đồ trên, thấy rõ giá trị ứng suất nén lớn nhƣ biến dạng tới hạn mẫu không quấn lƣới toàn thân cột thấp so với mẫu đƣợc quấn toàn phần Biến dạng dọc trục nhận đƣợc mẫu dùng hai lớp lƣới CFRP lần lƣợt là: -0.00633 (C2-10101); -0.00600 (C2-01010); -0.0047 (C2-010); -0.0087 (C2010-200); -0.01567 (C2) Thực tế quan sát trình nén mẫu cho thấy gần đến thời điểm mẫu bị phá hoại vị trí khơng đƣợc quấn lƣới cột xuất vết nứt ngày lớn dần, có dấu hiệu biến dạng nở hơng mạnh Điều lý giải nhƣ sau: lực nở hông phân bố cách đồng quanh phần diện tích thân cột nên có khu vực mà áp lực hơng cao, thấp khác Bên cạnh đó, đƣợc quấn lƣới nhƣ lƣới sợi khơng bao phủ hết diện tích xung quanh thân cột nên phần thể tích bêtơng bị kiềm chế hữu hiệu giảm đi, khu vực khơng đƣợc quấn lƣới lực nở hông không bị hạn chế, vết nứt sớm xuất đây, ứng suất giá trị biến dạng mẫu mau chóng đạt tới giới hạn, mẫu sớm bị phá hoại 4.7 Mối tƣơng quan tham số ảnh hƣởng đến giá trị f’cc Dựa kết thực nghiệm thu thập đƣợc, nhận thấy chênh lệch rõ giá trị cƣờng độ chịu nén mẫu khảo sát ứng với khác thông số: mức độ gia cƣờng (số lớp lƣới CFRP), bán kính góc bo, mác bêtơng thiết kế Từ sở lý thuyết có nhƣ nghiên cứu trƣớc đây, kết hợp với kết thực nghiệm, xây dựng đƣợc phƣơng trình mà qua giúp dự đốn đƣợc cƣờng độ chịu nén mẫu sau gia cƣờng phục thuộc thông số liên quan HVTH: Cao Nguyên Thi MSHV: 11190727 T r a n g | 93 Cƣờng độ chịu nén mẫu đƣợc gia cƣờng đƣợc tính tốn nhƣ sau: 𝑓′𝑐𝑐 = 𝑓′𝑐 + 𝑘1 𝑓′𝑙 f’cc: cƣờng độ chịu nén mẫu đƣợc gia cƣờng f’c: cƣờng độ chịu nén mẫu chƣa gia cƣờng k1: hệ số đƣợc xác định qua kết thí nghiệm 𝑓′𝑙 = 𝑘𝑒 𝑓𝑙 f’l: áp lực kiềm chế hữu hiệu ke: hệ số kiềm chế hữu hiệu, phụ thuộc vào tiết diện mẫu fl: áp lực hông 4.7.1 Quan hệ ke tỷ số f’cc/f’c Hệ số kiềm chế hữu hiệu: 𝑘𝑒 = 𝐴𝑒 /𝐴𝑐 Ae: Diện tích lõi bêtơng bị kiềm chế Ac: Diện tích tiết diện ngang mẫu bêtông Các dạng tiết diện lõi bêtông bị kiềm chế [13]: HVTH: Cao Nguyên Thi MSHV: 11190727 T r a n g | 94 Trong trƣờng hợp tổng quát ứng với giá trị bán kính bo góc r [13] thì: 𝑘𝑒 = 𝜋𝑟 𝑏 − 2𝑟 𝑑 𝜋𝑟 𝑏𝑑2 − 𝑟 − 𝑏𝑑2 − 𝑟 − − r: bán kính bo góc bd: đƣờng kính tiết diện mẫu Bảng 4.5 Hệ số kiềm chế hữu hiệu tính tốn đƣợc mẫu khảo sát Bán kính r (mm) Bề rộng bd (mm) Tỷ số r/bd Hệ số ke 100 0.00 0.33 100 0.08 0.53 16 100 0.16 0.68 24 100 0.24 0.81 32 100 0.32 0.91 75 150 0.50 1.00 HVTH: Cao Nguyên Thi MSHV: 11190727 T r a n g | 95 1.20 1.00 0.91 0.81 0.80 0.68 ke 0.60 0.53 0.40 0.33 0.20 0.00 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 r/bd Hình 4.44: Mối quan hệ ke tỷ số r/bd Nhận xét: Hình 4.44 cho thấy mối quan hệ ke tỷ số r/bd đƣờng cong bậc hai, giá trị r/bd tăng dần hệ số ke gia tăng cao ke = trƣờng hợp mẫu tiết diện tròn Việc tăng bán kính bo góc làm gia tăng phần diện tích bêtơng bị kiềm chế hữu hiệu, để đạt đƣợc giá trị Ae lớn cần tỷ số r/bd cao Có thể nhận thấy rõ ràng tỷ số r/bd 0.3 nhận đƣợc 90% phần diện tích bêtơng bị kiềm chế hữu hiệu cịn 0.2 phần diện tích 80% HVTH: Cao Nguyên Thi MSHV: 11190727 T r a n g | 96 f'cc/f'c 1.8 1.6 M30 1.4 M40 1.2 M50 0.8 0.30 ke 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 Hình 4.45: Ảnh hưởng ke đến cường độ chịu nén mẫu sử dụng lớp lưới Nhận xét: Trong trƣờng hợp dùng lớp lƣới CFRP, nhìn chung tăng hệ số ke, giá trị f’cc/f’c tăng theo hay nói cách khác phần diện tích bê tơng bị kiềm chế hữu hiệu mở rộng mức độ gia tăng cƣờng độ cao Khi phần diện tích bêtơng bị kiềm chế dƣới 70% (ke < 0.7) mức độ gia tăng cƣờng độ khơng nhiều, giá trị f’cc/f’c không khác biệt nhiều ba loại mác bêtơng Cịn ke > 0.8 giá trị f’cc/f’c tăng mạnh có khác biệt rõ rệt loại mác bêtông Nhƣ vậy, trƣờng hợp dùng lớp lƣới CFRP ứng với hệ số ke 0.7 hay nói cách khác tỷ số r/bd tƣơng ứng 0.18 mức độ gia tăng cƣờng độ cao rõ rệt giá trị cao ứng với ke = 0.9 đạt 1.8 HVTH: Cao Nguyên Thi MSHV: 11190727 T r a n g | 97 2.8 2.6 2.4 f'cc/f'c 2.2 M30 M40 1.8 1.6 M50 1.4 1.2 ke 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 Hình 4.46: Ảnh hưởng ke đến cường độ chịu nén mẫu sử dụng hai lớp lưới Nhận xét: Tƣơng tự nhƣ trƣờng hợp dùng lớp lƣới, tăng hệ số ke mức độ gia tăng cƣờng độ cao Tuy nhiên, qua hình 4.46, có thề thấy tất trƣờng hợp ke khác giá trị f’cc/f’c khác rõ rệt ba loại mác bêtông Mức độ gia tăng cƣờng độ cao tăng mạnh ke > 0.8 tƣơng ứng với giá trị r/bd 0.22 4.7.2 Công thức dự đoán giá trị f’cc dựa kết thực nghiệm Dựa kết thí nghiệm thu thập đƣợc so sánh với kết nhà nghiên cứu trƣớc đây, nghiên cứu đề nghị công thức xác định giá trị f’cc [13] nhƣ sau: _ Mẫu tròn: 𝑓′𝑐𝑐 = 𝑓′𝑐 + 𝑘1 𝑘𝑒 2𝑛𝑡𝑓 𝑓𝑢 𝑏𝑑 _ Mẫu vuông: 𝑓′𝑐𝑐 = 𝑓′𝑐 + 𝑘1 𝑘𝑒 HVTH: Cao Nguyên Thi 2𝑛𝑡𝑓 𝑓𝑢 𝑏𝑑 1− 2𝑘𝑖 2𝑟 2𝑘𝑖 + 𝑏𝑑 MSHV: 11190727 T r a n g | 98 Trong đó: f’cc f’c thu đƣợc từ thực nghiệm n = 1; (số lớp CFRP) tf = mm (chiều dày lớp CFRP) fu = 4300 MPa (cƣờng độ chịu kéo giới hạn FRP) bd = 150 mm (đƣờng kính tiết diện trịn); bd = 100 mm (bán kính tiết diện vng) r = 0, 8, 16, 24, 32 mm (bán kính bo góc) ke: hệ số kiềm chế hữu hiệu (bảng 4.5) Qua kết thực nghiệm xác định đƣợc hệ số k1 = 0.23551; ki = 1.15612 4.7.3 Công thức dự đoán giá trị f’cc dựa kết thực nghiệm ( trƣờng hợp mẫu 10101 mẫu 01010) Trong trƣờng hợp mẫu quấn lƣới khơng tồn thân cột, công thức xác định giá trị f’cc nhƣ sau: 𝑓′𝑐𝑐 = 𝑓′𝑐 + 𝑘2 𝑘𝑒 2𝑛𝑡𝑓 𝑓𝑢 𝑏𝑑 Trƣờng hợp này, hệ số ke là: 𝑆′ 𝑘𝑒 = − 2𝑏𝑑 60 = 1− × 150 = 0.64 S’: khoảng cách hai vòng lƣới CFRP (S’ = 60 mm) Mẫu 10101 Mẫu 01010 Đối với trƣờng hợp này, hệ số k2 thu đƣợc dựa kết thực nghiệm k2=0.1 Qua so sánh thực nghiệm cơng thức dự đốn giá trị f’cc nhƣ sử dụng cho hai mẫu 10101 01010 kết cho mẫu 10101 có độ sai số thấp HVTH: Cao Nguyên Thi MSHV: 11190727 T r a n g | 99 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua kết thực nghiệm thu đƣợc hồn tồn kết luận lƣới sợi carbon CFRP gia tăng khả chịu tải cột bêtông cách đáng kể, mang lại hiệu gia cƣờng cao cho kết cấu Ngồi ra, thi cơng vật liệu CFRP tốn nhân cơng, khơng cần dùng máy móc đặc biệt, khối lƣợng gia cố thấp, khơng làm thay đổi kiến trúc công công trình, đảm bảo tính mỹ thuật cao Tuy nhiên, hiệu gia cƣờng lƣới carbon CFRP phụ thuộc vào số yếu tố nhƣ: số lớp lƣới CFRP sử dụng hay nói cách khác mức độ gia cƣờng, giá trị bán kính góc bo cạnh cột, mác bêtông thiết kế, cách thức quấn lƣới xung quanh thân cột Ảnh hƣởng yếu tố đến hiệu gia cƣờng thu đƣợc nhƣ sau: _ Khi gia tăng bán kính góc bo cột bêtơng tiết diện vng tƣợng tập trung ứng suất góc giảm đi, nhờ cƣờng độ chịu nén mẫu đƣợc nâng cao Chẳng hạn nhƣ trƣờng hợp mẫu mác 30 MPa ghi nhận đƣợc tăng dần tỷ số f’cc/f’c (mức độ gia tăng cƣờng độ chịu nén so với mẫu đối chứng) ứng với việc gia tăng bán kính góc bo 0, 8, 16, 24, 32 mm lần lƣợt là: 1.012; 1.14; 1.34; 1.46; 1.81 Ở mẫu mác bêtông 40 50 MPa hiệu gia tăng cƣờng độ chịu nén diễn tƣơng tự, cƣờng độ tăng dần góc bo tăng Đặc biệt, ba trƣờng hợp mác bêtơng khác mẫu có bán kính góc bo 32mm cho thấy hiệu gia cƣờng tốt mà tỷ số f’cc/f’c thu đƣợc cao hẳn mẫu lại _ Nghiên cứu sử dụng mức độ gia cƣờng cao hai lớp lƣới CFRP nhƣng qua kết thí nghiệm mẫu thấy đƣợc việc tăng mức độ gia cƣờng nâng cao đƣợc giá trị f’cc/f’c mẫu tiết diện trịn vng Trong trƣờng hợp mẫu cột vuông, số lớp lƣới CFRP hai tỷ số f’cc/f’c mẫu bán kính bo góc khác có chênh lệch rõ so với trƣờng hợp dùng lớp lƣới _ Cho dù dùng hay hai lớp lƣới ứng với tăng dần bán kính góc bo so sánh ba loại mác bêtông, mẫu mác 30 MPa đạt đƣợc tỷ số HVTH: Cao Nguyên Thi MSHV: 11190727 T r a n g | 100 f’cc/f’c cao so với loại mác khác Trong đó, mẫu mác 50 MPa cho kết gia tăng cƣờng độ thấp _ Nhìn chung cấp tải ban đầu biến dạng dọc trục biến dạng hông loại mẫu so với mẫu đối chứng (S0R1) có chênh lệch khơng đáng kể, cấp tải sau (75% ứng suất nén lớn bêtơng) chênh lệch nhận thấy rõ Khi bán kính góc bo mức độ gia cƣờng đƣợc gia tăng, giá trị biến dạng dọc trục biến dạng hông tới hạn mẫu tăng theo _ Ngoài ra, khảo sát mẫu mà thân cột không đƣợc dán lƣới CFRP tồn diện tích xung quanh (mẫu 10101; 01010; 010; 010-200; 101) nhận thấy mẫu hiệu gia cƣờng không cao so với trƣờng hợp dán lƣới toàn thân cột Các giá trị biến dạng tới hạn nhận đƣợc thấp Tỷ số f’cc/f’c cao thu đƣợc mẫu dùng hai lớp lƣới C2-010-200 1.35 _ Quan sát mẫu đƣợc gia cƣờng lƣới CFRP sau nén, ghi nhận đƣợc ba dạng phá hoại nhƣ sau: Phá hoại kéo đứt lƣới CFRP; Sự tách lớp CFRP; Kết hợp hai dạng  Từ kết thu đƣợc , nghiên cứu đƣa số kiến nghị nhƣ sau: _ Khi gia cƣờng cột bêtông, dùng hai lớp lƣới CFRP hiệu lớp _ Trong trƣờng hợp gia cƣờng cột vng phải bo góc cạnh cột Góc bo lớn hiệu gia cƣờng cao, góc bo nhỏ nên dùng 16mm Giá trị góc bo lớn cần phải ý điều chỉnh cho thi cơng tránh làm lộ cốt thép ngồi _ Cƣờng độ chịu nén cột bêtông sau gia cƣờng bao bọc lƣới sợi carbon đƣợc dự đoán giá trị f’cc: 𝑓′𝑐𝑐 = 𝑓′𝑐 + 𝑘1 𝑘𝑒 2𝑛𝑡𝑓 𝑓𝑢 𝑏𝑑 1− 2𝑘𝑖 2𝑟 𝑏𝑑 + 2𝑘𝑖 + Trƣờng hợp quấn lƣới toàn thân cột: k1 = 0.23551; ki = 1.15612 + Trƣờng hợp quấn lƣới phần thân cột: k1 = k2 = 0.1 HVTH: Cao Nguyên Thi MSHV: 11190727 T r a n g | 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Chí Thanh “Nghiên cứu thực nghiệm sức chịu tải dầm bê tông cốt thép chịu uốn gia cƣờng composite,” Tạp chí khoa học cơng nghệ thủy lợi, vol 5+6, Dec 2011 [2] Riad Benzaid et al., “Behaviour of square concrete column confined with GFRP composite warp,” Journal of civil engineering and managemen, vol 14(2), pp 115120, Mar 2008 [3] Riad Benzaid et al., “Study of the compressive behavior of short concrete columns confined by fiber reinforced composite,” The Arabian journal for science and engineering, vol 34, number 1B, Nov 2008 [4] Lei-Ming Wang and Yu-Fei Wu, “Effect of corner radius on the performance of CFRP-confined square concrete columns: Test,” ScienceDirect Engineering Structures, pp 493-505, 2008 [5] R.Park and T.Paulay Reinforced Concrete Structures Newyork: John Wiley & Sons, pp 800 [6] R.Abbasnia et al., “Effect of confinement level, aspect ratio and concrete strength on the cyclic stress-strain behavior of FRP-confined concrete prisms,” ScienceDirect Composites: Part B, vol.43, pp 825-831, 2012 [7] Hussein M Elsanadedy et al., “Experimental and numerical investigation of size effects in FRP-wrapped concrete columns,” ScienceDirect Construction and Building Materials, vol.29, pp 56-72, 2012 [8] P.K Mallick Fiber-Reinforced Composites Boca Raton: Taylor & Francis Group, 2008 [9] Hota V.S Gangarao, Narendra Taly and P.V Vijay Reinforced Concrete Design With FRP Composites Boca Raton: Taylor & Francis Group, 2008 [10] Nguyễn Viết Trung, Trần Việt Hùng Kết cấu ống thép nhồi bê tông Hà Nội: Nhà xuất Xây Dựng, 2009 HVTH: Cao Nguyên Thi MSHV: 11190727 T r a n g | 102 [11] Lawrence C Bank Composites for Construction Canada: John Wiley & Sons, 2006 [12] Kurt Gramoll “Thin-walled Pressure Vessels.” Internet:www.ecourses.ou.edu [13] G Campione and N Miraglia “Strength and strain capacities of concrete compression members reinforced with FRP,” Cement & Concrete Composites, vol.25, pp.31-41, 2003 [14] H Saadatmanesh et al., “Strength and Ductility of Concrete Columns Externally Reinforced with Fiber Composite Straps,” ACI Structural Journal, vol.91, no 4, pp 434-447, Aug 1994 [15] Ngơ Quang Tƣờng “Sữa chữa gia cố cơng trình bê tông cốt thép phƣơng pháp dán nhờ sử dụng vật liệu FRP,” Tạp chí phát triển khoa học công nghệ, số 102007 [16] T.Turgay, Z Polat, H.O Koksal, B Doran, C Karakoҫ, “Compressive behavior of large-scale square reinforced concrete columns confined with carbon fiber reinforced polymer jackets,” Material and Design, 31, 357-364, 2010 [17] Hua Wei, Zhimin Wu, Xia Guo, Fumin Yi, “Experimental study on partially deteriorated strength concrete columns confined with CFRP,” Engineering Structures, 31, 2495-2505, 2009 [18] ACI 440.2R-08, “Guide for the Design and Construction of Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures” [19] Perumalsamy Balaguru, Antonio Nanni, James Giancaspro, “FRP Composites for Reiforced and Prestressed Concrete Structures,” New York and London: Taylor and Francis [20] Mander J.B., Priestley M.J.N., Park.R., “Observed Stress-Strain Behavior of Confined Concrete”, Journal of Structural Engineering, ASCE, 1988 [21] Mander J.B., Priestley M.J.N., Park.R., “Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete”, Journal of Structural Engineering, ASCE, 1988 HVTH: Cao Nguyên Thi MSHV: 11190727 T r a n g | 103 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Tran Van Mien and Cao Nguyen Thi, “Investigation on Compressive Behavior of Concrete Columns Confined by Carbon Fiber Reinforced Polymer Wrap”, The 5th International Conference of Asian Concrete Federation, Thailand, October 24-26, 2012 Tran Van Mien and Cao Nguyen Thi, “Effect of Shape of Transverse Cross-Section on Confinement Capacity of CFRP-Wrapped Concrete Columns”, The 5th ASEAN Civil Engineering Conference, VietNam, October 25-26, 2012 HVTH: Cao Nguyên Thi MSHV: 11190727 T r a n g | 104 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG _ Họ tên: Cao Nguyên Thi _ Ngày, tháng, năm sinh: 30/09/1988 _ Nơi sinh: Tp Mỹ Tho, Tỉnh Tiền Giang _ Địa liên lạc: 14 - Nguyễn Huệ, Phƣờng 1, Tp Mỹ Tho, Tỉnh Tiền Giang _ Số điện thoại: 0978348757 _ Email: caonguyenthi@gmail.com Quá trình đào tạo: _ 2006 – 2011: Học Đại học Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Vật liệu cấu kiện xây dựng _ 2011 – nay: Học Cao học Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Chun ngành: Vật liệu cơng nghệ vật liệu xây dựng Q trình cơng tác: _ 2011 – nay: Giảng dạy Đại học Tiền Giang HVTH: Cao Nguyên Thi MSHV: 11190727 ... sinh: Mỹ Tho, Tiền Giang Chuyên ngành: Vật liệu công nghệ vật liệu xây dựng Mã số : 605880 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ứng xử chịu lực nén bêtông gia cường bao bọc vật liệu sợi carbon II NHIỆM VỤ... hữu 1.2 Các nghiên cứu nƣớc trƣớc Viện Thủy Công [1] nghiên cứu tác dụng gia cƣờng composite FRP qua việc phân tích ứng xử chịu tải dầm bêtông cốt thép chịu uốn với tham gia vật liệu gia cƣờng... tiêu nghiên cứu Trong đề tài này, mục tiêu nghiên cứu đánh giá hiệu gia tăng giới hạn chịu tải nén bêtông thông qua việc sử dụng vật liệu composite lƣới sợi carbon CFRP để gia cƣờng cột bêtông