Phân tích ảnh hưởng hiệu ứng chốt chặn đến ứng xử và khả năng kháng cắt dầm BTCT gia cường tấm GFRP

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÃ HỒNG HẢI PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG HIỆU ỨNG CHỐT CHẶN ĐẾN ỨNG XỬ VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT DẦM BTCT GIA CƯỜNG TẤM GFRP CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG DÂN DỤNG VÀ CÔNG NGHIỆP MÃ SỐ NGÀNH : 605820 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2013 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Minh Long Cán chấm nhận xét 1: TS Hồ Hữu Chỉnh Cán chấm nhận xét 2: TS Bùi Đức Vinh Luận văn thạc sĩ bảo vệ Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa TP.HCM ngày …… tháng … năm …… Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) TS Ngô Hữu Cường TS Hồ Hữu Chỉnh TS Bùi Đức Vinh TS Nguyễn Minh Long TS Lê Văn Phước Nhân Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG i ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HCM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc Tp HCM, ngày … tháng … năm …… NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lã Hồng Hải Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 02/10/1984 Nơi sinh: Bạc Liêu Chuyên ngành: Xây dựng Dân dụng Công nghiệp MSHV: 10210262 1- TÊN ĐỀ TÀI: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG HIỆU ỨNG CHỐT CHẶN ĐẾN ỨNG XỬ VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT DẦM BTCT GIA CƯỜNG TẤM GFRP 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: a) Khảo sát thực nghiệm ảnh hưởng hàm lượng cốt dọc, hàm lượng gia cường GFRP tương tác chúng đến độ lớn lực chốt chặn cho trường hợp dầm BTCT gia cường GFRP dạng U b) Khảo sát đánh giá ảnh hưởng lực chốt chặn đến khả kháng cắt dầm BTCT gia cường GFRP dạng U có tỉ lệ mơ hình thay đổi c) Phân tích xác định đóng hiệu ứng chốt chặn cách định lượng đến tổng khả kháng cắt dầm BTCT gia cường GFRP 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/7/2012 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: / ./ 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN MINH LONG Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) ii LỜI CẢM ƠN Học viên xin bày tỏ cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Minh Long, người đặt móng hướng dẫn học viên hoàn thành đề tài luận văn Cảm ơn Thầy, Cơ Cán Phịng thí nghiệm kết cấu cơng trình - Khoa Kỹ thuật Xây dựng (BKsel) - Trường Đại học Bách khoa TP.HCM tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình thí nghiệm dầm Cảm ơn ơng ONG WEE KEONG Công ty FYFE ASIA PTE LTD tài trợ GFRP Cảm ơn anh Trần Kiệt Công ty Cổ phần Chăm sóc Cơng trình Việt hỗ trợ kỹ thuật thi công GFRP Chân thành cảm ơn./ TP.HCM, ngày … tháng … năm …… HỌC VIÊN Lã Hồng Hải iii MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii DANH MỤC KÝ HIỆU x CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI .1 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2.1 Tổng quan vật liệu FRP .3 2.2 Sơ lược phương pháp tính tốn kháng cắt dầm BTCT gia cường GFRP 2.2.1 Khả kháng cắt dầm BTCT truyền thống 2.2.2 Khả kháng cắt FRP gia cường 2.2.3 Khả kháng cắt hiệu ứng chốt chặn 11 CHƯƠNG 3: MỤC TIÊU, Ý NGHĨA VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 20 3.1 Mục tiêu nghiên cứu 20 3.2 Ý nghĩa nghiên cứu 20 3.2.1 Ý nghĩa khoa học 20 3.2.2 Ý nghĩa thực tiễn .21 3.3 Nội dung nghiên cứu .21 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH THỰC NGHIỆM .23 4.1 Vật liệu chế tạo mẫu thí nghiệm .23 4.1.1 Bê tông 23 4.1.2 Cốt thép 24 4.1.3 Tấm GFRP gia cường 24 4.2 Mơ tả mẫu dầm thí nghiệm .25 4.3 Dụng cụ thí nghiệm sơ đố bố trí thiết bị 29 iv 4.4 Quy trình gia tải 32 4.5 Thí nghiệm cắt trực tiếp, nhận xét thảo luận 33 4.5.1 Kết thí nghiệm cắt trực tiếp 33 4.5.2 Kiểu phá hoại mẫu 33 4.5.3 Ảnh hưởng hàm lượng cốt dọc đến ứng xử khả kháng cắt 35 4.5.4 Ảnh hưởng hàm lượng đến khả kháng cắt trượt 41 4.6 Thí nghiệm dầm chịu lực cắt 47 4.6.1 Kết thí nghiệm .47 4.6.2 Kiểu phá hoại dầm .48 4.6.3 Ảnh hưởng hàm lượng cốt dọc đến ứng xử khả kháng cắt dầm .50 4.7 Ảnh hưởng tỷ lệ mơ hình đến biến dạng cốt dọc vùng cắt 63 CHƯƠNG 5: PHÂN TÍCH LÝ THUYẾT 65 5.1 Nhận xét chung công thức xác định hiệu ứng chốt chặn .65 5.2 Kiểm chứng nhận xét công thức CEB FIB MC (2010) 66 5.3 Sự đóng góp lực chốt chặn vào khả kháng cắt dầm 69 5.4 Ảnh hưởng yếu tố tỷ lệ mơ hình đến đóng góp lực chốt chặn đến khả kháng cắt dầm 70 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 6.1 Kết luận 73 6.2 Kiến nghị 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 Phụ lục A: Kết thí nghiệm vật liệu 77 A.1 Bê tông 77 A.2 Cốt thép 78 Phụ lục B: Kết thí nghiệm dầm chịu lực cắt 79 B.1 Kết đo đạc tải trọng - chuyển vị dầm .79 B.2 Kết đo đạc tải trọng – biến dạng cốt dọc nhịp cắt 81 v B.3 Kết đo đạc tải trọng – biến dạng GFRP 82 B.4 Kết đo đạc tải trọng – biến dạng cốt đai 83 B.5 Kết đo đạc tải trọng – biến dạng nén bê tông nhịp 84 Phụ lục C: Kết thí nghiệm dầm chịu lực cắt có tỷ lệ mơ hình thay đổi 86 C.1 Kết đo đạc tải trọng – biến dạng cốt dọc nhịp cắt 86 Phụ lục D: Kết thí nghiệm cắt trực tiếp (nhóm D) 88 D.1 Kết đo đạc tải trọng, ứng suất - chuyển vị trượt 88 D.2 Kết đo đạc tải trọng, ứng suất – biến dạng cốt dọc 90 D.3 Kết đo đạc tải trọng, ứng suất – biến dạng GFRP 92 Phụ lục E: Hình ảnh chế tạo dầm thí nghiệm 93 E.1 Hình ảnh chế tạo mẫu thí nghiệm dầm chịu cắt (nhóm A, B C) .93 E.2 Hình ảnh chế tạo mẫu thí nghiệm cắt trực tiếp (nhóm D) 97 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 100 vi DANH MỤC BẢNG Chương Bảng 2.1: Tính chất lý vật liệu FRP (ACI 440.2R-08) Bảng 2.2: Thơng số mẫu dầm thí nghiệm .17 Chương Bảng 4.1: Cấp phối bê tông 23 Bảng 4.2: Cường độ bê tông 23 Bảng 4.3: Cường độ cốt thép 24 Bảng 4.4: Đặc trưng học sợi thủy tinh 24 Bảng 4.5: Thơng số kỹ thuật dầm nhóm A .25 Bảng 4.6: Thông số kỹ thuật dầm nhóm B 26 Bảng 4.7: Thông số kỹ thuật dầm nhóm C 27 Bảng 4.8: Thơng số kỹ thuật mẫu nhóm D .29 Bảng 4.9: Đặc tính kỹ thuật cảm biến điện trở .30 Bảng 4.10: Tổng hợp kết thí nghiệm cắt trực tiếp 33 Bảng 4.11: Kết thí nghiệm dầm chịu cắt 47 Bảng 4.12: Tổng hợp giá trị biến dạng cốt dọc vùng chịu cắt dầm nhóm GC 63 Chương Bảng 5.1: Cơng thức tính tốn lực chốt chặn 66 Bảng 5.2: Kết tính tốn lực chốt chặn từ thí nghiệm cắt trực tiếp 67 Bảng 5.3: Kết tính tốn lực chốt chặn thí nghiệm dầm chịu cắt 69 Bảng 5.4: Lực chốt chặn thí nghiệm dầm chịu cắt có tỷ lệ mơ hình thay đổi 70 vii DANH MỤC HÌNH Chương Hình 2.1: Một số hình dạng vật liệu FRP Hình 2.2: Mơ hình dàn Ritter (1899) Hình 2.3: Phân tích hiệu ứng chốt chặn theo mơ hình dầm đàn hồi 14 Hình 2.4: Mơ hình thí nghiệm Ashour (1997) 16 Hình 2.5: Mơ hình thí nghiệm Kono Tanaka (2001) 17 Hình 2.6: Quan hệ ứng suất cắt chuyển vị trượt .18 Chương Hình 4.1: Cấu tạo dầm nhóm A 25 Hình 4.2: Cấu tạo dầm nhóm B .26 Hình 4.3: Cấu tạo dầm nhóm C .28 Hình 4.4: Cấu tạo mẫu nhóm D .29 Hình 4.5: Sơ đồ gia tải bố trí thiết bị đo 32 Hình 4.6: Kiểu phá hoại mẫu nhóm D 35 Hình 4.7: Quan hệ ứng suất cắt – chuyển vị trượt mẫu không gia cường .35 Hình 4.8: Quan hệ ứng suất cắt – chuyển vị trượt mẫu gia cường 36 Hình 4.9: Ảnh hưởng hàm lượng cốt dọc đến ứng suất cắt trượt phá hoại mẫu không gia cường 37 Hình 4.10: Ảnh hưởng hàm lượng cốt dọc đến ứng suất cắt trượt phá hoại mẫu gia cường lớp GFRP 38 Hình 4.11: Quan hệ ứng suất cắt trượt – biến dạng cốt dọc mẫu không gia cường 39 Hình 4.12: Quan hệ ứng suất cắt trượt – biến dạng cốt dọc mẫu gia cường 01 lớp GFRP .40 Hình 4.13: Quan hệ ứng suất – biến dạng GFRP mẫu gia cường 40 Hình 4.14: Quan hệ ứng suất cắt – chuyển vị trượt nhóm GD1 GD2 .41 Hình 4.15: Quan hệ ứng suất cắt trượt – hàm lượng 43 viii Hình 4.16: Quan hệ hàm lượng – độ gia tăng ứng suất trượt nhóm GD1 GD2 44 Hình 4.17: Quan hệ ứng suất cắt trượt – biến dạng cốt dọc nhóm GD1 GD2 45 Hình 4.18: Quan hệ hàm lượng độ giảm biến dạng cốt dọc 46 Hình 4.19: Kiểu phá hoại dầm khơng gia cường .49 Hình 4.20: Kiểu phá hoại dầm gia cường 49 Hình 4.21: Quan hệ lực – chuyển vị dầm nhóm A (ρs=1,93%) nhóm B (ρs=2,35%) .50 Hình 4.22: Chiều cao vùng nén bê tông dầm không gia cường theo cấp tải 51 Hình 4.23: Chiều cao vùng nén bê tơng dầm gia cường 01 lớp theo cấp tải 52 Hình 4.24: Chiều cao vùng nén bê tông dầm gia cường 02 lớp theo cấp tải 52 Hình 4.25: Chiều cao vùng nén bê tông dầm gia cường 03 lớp theo cấp tải 53 Hình 4.26: Ảnh hưởng hàm lượng cốt dọc đến khả kháng cắt dầm 53 Hình 4.27: Quan hệ lực – biến dạng cốt dọc vùng chịu cắt dầm nhóm A (ρs = 1,93 %) nhóm B (ρs = 1,93 %) 55 Hình 4.28: Quan hệ hàm lượng đến biến dạng cốt dọc 56 Hình 4.29: Quan hệ lực – biến dạng GFRP 58 Hình 4.30: Quan hệ lực – biến dạng cốt đai dầm nhóm A nhóm B 59 Hình 4.31: Quan hệ lực – biến dạng cốt đai GFRP dầm nhóm A 60 Hình 4.32: Quan hệ lực – biến dạng cốt đai GFRP dầm nhóm B 62 Hình 4.33: Quan hệ chiều cao dầm biến dạng cốt dọc vùng chịu cắt 64 Chương Hình 5.1: Tỷ số lực chốt chặn tính theo lý thuyết thực nghiệm 69 Hình 5.2: Sự đóng góp lực chốt chặn vào khả kháng cắt dầm nhóm GC 72 Phụ lục A Hình A.1: Thí nghiệm nén mẫu bê tông 77 Hình A.2: Thí nghiệm kép thép 78 99 E.2.5 Cơng tác dán cảm biến điện trở Hình E.11: Cơng tác dán cảm biến điện trở cho thép GFRP (nhóm D) E.2.6 Cơng tác chuẩn bị thí nghiệm Hình E.12: Cơng tác chuẩn bị thí nghiệm (nhóm D) 100 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: LÃ HỒNG HẢI Ngày, tháng, năm sinh: 02/10/1984 Dân tộc: Kinh Giới tính : Nam Nơi sinh : Bạc Liêu Tơn giáo : Không Nguyên quán: huyện Duy Tiên, tỉnh Hà Nam Địa liên lạc: số 06 Hịa Bình, phường An Cư, quận Ninh Kiều, TP.Cần Thơ Điện thoại: 0939 553439 Email: hailh@vms.com.vn QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: ĐẠI HỌC Thời gian học: năm 2002 đến năm 2007 Nơi học: Trường Đại học Cần Thơ Ngành học: Xây dựng dân dụng công nghiệp SAU ĐẠI HỌC Thời gian học: Từ năm 2010 đến 2012 Nơi học: Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM Ngành học: Xây dựng dân dụng công nghiệp Q TRÌNH CƠNG TÁC : Năm 2007 đến nay: Trung tâm Thông tin Di động Khu vực IV – Công ty Thông tin Di động (VMS – Mobifone) ... TÀI: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG HIỆU ỨNG CHỐT CHẶN ĐẾN ỨNG XỬ VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT DẦM BTCT GIA CƯỜNG TẤM GFRP 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: a) Khảo sát thực nghiệm ảnh hưởng hàm lượng cốt dọc, hàm lượng gia cường. .. xét đến ảnh hưởng cốt đai đến mức độ ảnh hưởng hiệu ứng chốt chặn Đối với dầm BTCT gia cường FRP, ảnh hưởng FRP gia cường đến hiệu ứng chốt chặn chưa xét đến Thực tế, cốt đai FRP gia cường làm gia. .. hợp dầm BTCT gia cường GFRP dạng U e) Khảo sát đánh giá ảnh hưởng lực chốt chặn đến khả kháng cắt dầm BTCT gia cường GFRP dạng U có tỉ lệ mơ hình thay đổi f) Phân tích xác định đóng hiệu ứng chốt