Nghiên cứu tính toán khả năng chịu cắt của dầm bê tông cốt FRP (tóm tắt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI LÊ SONG TÙNG NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT FRP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG Hà Nội – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI LÊ SONG TÙNG KHĨA: 2018-2020 NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT FRP Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 8.58.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS ĐẶNG VŨ HIỆP Hà Nội – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI LÊ SONG TÙNG KHÓA: 2018-2020 NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT FRP Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 8.58.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS ĐẶNG VŨ HIỆP XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN Hà Nội – 2020 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Đặng Vũ Hiệp, người trực tiếp hướng dẫn tận tình chu đáo, cho nhiều dẫn tài liệu khoa học liên quan thường xuyên tạo điều kiện động viên suốt trình làm hồn thành luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn tới giảng viên Khoa Xây Dựng, Khoa Sau đại học trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội bạn đồng nghiệp, bạn học viên tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ hợp tác trình làm luận văn Luận văn nghiên cứu hoàn thiện cách cố gắng, cẩn thận tỉ mỉ nhiên thời gian kiến thức cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong quan tâm, góp ý Q Thầy Cơ bạn đồng nghiệp để tác giả hoàn thiện kiến thức để từ phát triển đóng góp vào tri thức ngành Xây dựng dân dụng công nghiệp nói riêng ngành Xây Dựng nói chung Một lần tác giả xin cảm ơn Kính chúc tồn thể Thầy Cơ giáo bạn bè, bạn đồng nghiệp sức khỏe, thành công Trân trọng cảm ơn Hà Nội, ngày 22 tháng 06 năm 2020 Tác giả Lê Song Tùng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các thơng tin, tài liệu trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc Kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu khác Hà Nội, ngày 22 tháng 06 năm 2020 Tác giả Lê Song Tùng MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG MỞ ĐẦU * Lý chọn đề tài * Mục đích nghiên cứu * Đối tượng phạm vi nghiên cứu * Phương pháp nghiên cứu * Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài NỘI DUNG CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU VÀ SỬ DỤNG CỐT FRP TRONG XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH 1.1 Giới thiệu cốt FRP 1.2 Lịch sử, phân loại, ưu nhược điểm kết cấu bê tông cốt FRP 1.3 Tình hình sử dụng cốt FRP cơng trình xây dựng 12 1.3.1 Tình hình sử dụng cốt FRP nước 12 1.3.2 Tình hình sử dụng cốt FRP giới 14 1.4 Một số nghiên cứu thực nghiệm nước 15 1.4.1 Một số nghiên cứu nước 15 1.4.2 Một số nghiên cứu nước 25 1.5 Nhận xét 29 CHƯƠNG II TÍNH TỐN THIẾT KẾ KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM CỐT FRP 31 2.1 Giới thiệu 31 2.2 Tính tốn khả chịu cắt cho dầm bê tông cốt thép thường theo tiêu chuẩn TCVN 5574 - 2018 31 2.3 Tính tốn khả chịu cắt cho dầm bê tông cốt FRP theo số tiêu chuẩn 34 2.3.1 Tiêu chuẩn ACI 440.1R- 06 (dựa đề nghị Tureyen Frosch) 34 a Tính tốn dầm bê tơng cốt thép chịu cắt theo ACI 318 34 b Tính tốn dầm bê tơng cốt FRP chịu cắt theo ACI 440.1R - 06 36 2.3.2 Tính tốn dầm bê tông cốt FRP chịu cắt theo CSA-S806 39 2.3.3 Tính tốn dầm bê tơng cốt FRP chịu cắt theo JSCE – 1997 40 2.4 Nhận xét 43 CHƯƠNG III ĐÁNH GIÁ VÀ ĐỀ XUẤT CƠNG THỨC TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TƠNG SỬ DỤNG CỐT FRP 44 3.1 Giới thiệu 44 3.2 Dầm sử dụng cốt G-FRP 44 3.2.1 Tính tốn dầm bê tơng sử dụng cốt G-FRP theo tiêu chuẩn ACI 440.1R-06 44 3.2.2 Tính tốn dầm bê tông sử dụng cốt G-FRP theo tiêu chuẩn CSA S806-02 46 3.2.3 Tính tốn dầm bê tơng cốt FRP chịu cắt theo tiêu chuẩn JSCE - 1997 47 3.3 Dầm sử dụng cốt C-FRP 48 3.3.1 Tính tốn dầm bê tơng sử dụng cốt C-FRP theo tiêu chuẩn ACI 440.1R-06 49 3.3.2 Tính tốn dầm bê tông sử dụng cốt C-FRP theo tiêu chuẩn CSA S806-02 49 3.3.3 Tính tốn dầm bê tơng cốt C-FRP chịu cắt theo tiêu chuẩn JSCE-1997 50 3.4 Dầm sử dụng cốt B-FRP 51 3.4.1 Tính tốn dầm bê tông sử dụng cốt B-FRP theo tiêu chuẩn ACI 440.1R-06 51 3.4.2 Tính tốn dầm bê tơng sử dụng cốt B-FRP theo tiêu chuẩn CSA S806-02 53 3.4.3 Tính tốn dầm bê tơng cốt B-FRP chịu cắt theo JSCE-1997 54 3.5 Đề xuất công thức dựa TCVN 5574-2018 để thiết kế chịu cắt cho dầm cốt FRP 73 3.5.1 Cơ sở thiết lập công thức 73 3.5.2 Đề xuất công thức 75 3.5.3 Đánh giá công thức đề xuất 76 3.5.4 Khảo sát số tham số công thức đề xuất 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92 Kết luận 92 Kiến nghị 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Bảng 1.1 Khối lượng riêng FRP Bảng 1.2 Bảng hệ số giãn nở nhiệt điển hình thép FRP Bảng 1.3 Hệ số suy giảm môi trường hệ số CE Bảng 1.4 Tinh chất chịu kéo thông dụng cốt FRP Bảng 1.5 Tính chất lý số cốt FRP thường gặp Bảng 1.6 Cường độ bê tơng mẫu thí nghiệm Bảng 1.7 Các nhóm mẫu dầm thí nghiệm Bảng 1.8 Tổng hợp kết thí nghiệm dầm Đinh Trọng Huy Bảng 1.9 Tổng hợp kết dầm thí nghiệm dầm Nguyễn Đức Hồn Bảng 1.10 Thơng số vật liệu sử dụng làm bê tơng dầm thí nghiệm Bảng 1.11 Thơng số vật liệu thép GFRP Bảng 1.12 Bảng thông số dầm GFRP thí nghiệm Bảng 1.13 Tổng hợp kết dầm thí nghiệm dầm Long Nguyen Minh Bảng 1.14 Tổng hợp kết dầm thí nghiệm dầm Noor cộng Bảng 1.15 Tổng hợp kết dầm thí nghiệm dầm Ghazi cộng Bảng 3.1 Tổng hợp thơng số dầm thí nghiệm Bảng 3.2 Tính theo tiêu chuẩn Mỹ ACI 440.1R-06 Bảng 3.3 Tính theo tiêu chuẩn Nhật Bản JSCE-1997 Bảng 3.4 Tính theo tiêu chuẩn Canada CSA S806-02 Bảng 3.5 Tính theo công thức đề xuất dựa TCVN 5574:2018 Bảng 3.6 Tổng hợp kết theo tiêu chuẩn Bảng 3.7 Khảo sát tham số Ef Bảng 3.8 Khảo sát tham số ρf Bảng 3.9 Khảo sát tham số d/a Bảng 3.10 Khảo sát tham số f’ct DANH MỤC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Hình 1.1 Cốt FRP dạng Hình 1.2 Cốt FRP dạng lưới Hình 1.3 Mặt thi cơng dầm sàn thực tế Hình 1.4 Thi cơng mặt đường thực tế Hình 1.5 Mơ hình thiết kế mẫu dầm thí nghiệm dầm bê tơng cốt GFRP Hình 1.6 Vết nứt nghiêng nhịp chịu Hình 1.7 Mẫu dầm bê tơng cốt thép bị phá hoại Hình 1.8 Các mẫu dầm bê tông cốt sợi thủy tinh Ø 12 bị phá hoại Hình 1.9 Sơ đồ thí nghiệm dầm chịu uốn Hình 1.10 Thí nghiệm dầm chịu uốn Hình 1.11 Sơ đồ thí nghiệm dầm Hình 1.12 Dạng vết nứt dầm chịu cắt Hình 1.13 Mơ hình thí nghiệm dầm cốt GFRP chịu cắt Hình 1.14 Mơ hình thí nghiệm dầm bê tơng cốt BFRP Hình 2.1 Sơ đồ tính nội lực cấu kiện bê tơng cốt thép chịu tác dụng lực cắt Hình 2.2 Chiều dài yêu cầu đai FRP Hình 3.1 Tương quan lực cắt tính tốn theo ACI 440.1R-06 thực nghiệm Hình 3.2 Tương quan lực cắt tính tốn theo CSA S806-02 thực nghiệm Hình 3.3 Tương quan lực cắt tính tốn theo JSCE-1997 thực nghiệm Hình 3.4 Biểu đồ so sánh lực cắt tính tốn theo cơng thức đề xuất thực nghiệm Hình 3.5 Biểu đồ tổng hợp so sánh lực cắt tính tốn theo tiêu chuẩn thực nghiệm MỞ ĐẦU * Lý chọn đề tài So với kết cấu bê tơng cốt thép truyền thống, bê tơng cốt FRP có ưu điểm khơng bị ăn mịn, độ bền lâu theo thời gian tốt làm việc môi trường khắc nghiệt, trọng lượng thân nhẹ, thân thiện với mơi trường… Do giới ngày nhiều cơng trình xây dựng sử dụng cốt FRP thay hoàn toàn hoăc phần cốt thép truyền thống Nhiều tiêu chuẩn thiết kế đại giới đề cập đến việc thiết kế cho loại kết cấu này, nhiên Việt Nam chưa có tiêu chuẩn thiết kế riêng Vì đề tài sâu vào phân tích, đánh giá khả chịu cắt cho dầm sử dụng cốt FRP theo tiêu chuẩn cần thiết * Mục đích nghiên cứu Đánh giá khả chịu cắt dầm cốt G-FRP, C-FRP, B-FRP theo số tiêu chuẩn nước ngồi Đề xuất cơng thức xác định khả chịu cắt cho dầm cốt G-FRP, C-FRP, B-FRP dựa theo TCVN 5574:2018 * Đối tượng phạm vi nghiên cứu Dầm bê tơng cốt dọc FRP có cốt đai FRP, thép thường khơng có cốt đai Cốt FRP ba loại G-FRP, C-FRP B-FRP * Phương pháp nghiên cứu Phân tích thu thập liệu thực nghiệm * Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đề tài tìm hiểu đặc tính học ứng dụng cốt FRP công trình BTCT Tìm hiểu phương pháp tính tốn chịu cắt cho dầm cốt FRP theo số tiêu chuẩn Ngoài đề tài cịn đề xuất cơng thức để tính tốn khả chịu cắt cho dầm bê tông cốt FRP dựa tiêu chuẩn TCVN 5574:2018 Công thức đề xuất kiểm nghiệm qua kết nghiên cứu thực nghiệm nước cho kết phù hợp Qua đóng góp vào việc tính tốn thiết kế, tài liệu tham khảo để thực việc tính tốn loại kết cấu sử dụng vật liệu THÔNG BÁO Để xem phần văn tài liệu này, vui lịng liên hệ với Trung Tâm Thông tin Thư viện – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Địa chỉ: T.13 – Nhà H – Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội Đ/c: Km 10 – Nguyễn Trãi – Thanh Xuân Hà Nội Email: digilib.hau@gmail.com TRUNG TÂM THÔNG TIN THƯ VIỆN 92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Luận văn nghiên cứu tính tốn khả chịu cắt dầm bê tông cốt FRP theo 03 tiêu chuẩn tiến tiến ACI 440.1R-06, CSA S806-02 JSCE-1997 Sau đề xuất công thức dự báo khả chịu cắt bê tơng dựa TCVN5574:2018 Các kết tính tốn so sánh với 63 kết thực nghiệm nhiều tác giả khác Một số kết luận rút sau : - Các tiêu chuẩn thiết kế khả chịu cắt cho dầm bê tông cốt dọc FRP, cốt đai FRP đai thép thường cho kết thiên an toàn đánh giá qua tỷ số Vexp/Vtotal - Hai tiêu chuẩn ACI 440.1R-06 JSCE-1997 có giá trị trung bình Vexp/Vtotal gần tương đương lớn giá trị trung bình tính theo tiêu chuẩn CSA S806-02 khoảng 1,17 lần - Công thức đề xuất dự báo khả chịu cắt cho dầm bê tông cốt FRP cho tỷ số Vexp/Vtotal thấp so với 03 tiêu chuẩn - Kết khảo sát công thức đề xuất cho thấy tỷ số a/d ảnh hưởng lớn đến khả chịu cắt dầm bê tông cốt FRP tương tự dầm bê tông cốt thép Kiến nghị - Tiếp tục kiểm chứng công thức đề xuất phạm vi thí nghiệm rộng rãi - Nghiên cứu khả chịu cắt dầm bê tơng có cốt dọc lai FRP/thép - Nghiên cứu sử dụng cốt FRP gia cường khả kháng cắt cho dầm, sàn TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Chỉ dẫn thiết kế thi công kết cấu bê tông polyme cốt sợi (2015), Công ty cổ phần đầu tư phát triển công nghệ Đại Học Xây Dựng (NUCETECH) , Hà Nội Nguyễn Đức Hoàn (2014), Nghiên cứu làm việc chịu uốn dầm bê tơng cốt sợi thủy tinh có hàm lượng cốt thấp phương pháp thực nghiệm, Luận văn Thạc sỹ, Đại học Xây dựng, Hà Nội Đinh Trọng Huy (2015), Nghiên cứu khả chịu cắt dầm bê tông cốt sợi thủy tinh, Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Kiến trúc Hà Nội, Hà Nội TCVN 5574:2018, Kết cấu bê tông bê tông cốt thép - tiêu chuẩn thiết kế Nguyễn Trâm, Trần Quốc Ca (2012), Kết cấu composite, Nhà Xuất Bản Xây Dựng, Hà Nội Tiếng Anh ACI 440.1R-15 (2015), Guide for the design and construction of structural concrete reinforced with FRP bars, American Concrete Institute A Ghani Razaqpur; Burkan O Isgor, A.M.ASCE; S Greenaway; and Alistair Selley4 (2004), Concrete Contribution to the Shear Resistance of Fiber Reinforced Polymer Reinforced Concrete Members, JOURNAL OF COMPOSITES FOR CONSTRUCTION Canadian Standards Association (2002), Design and construction of building components with fiber-reinforced polymers , CAN/CSAS806-02, Mississauga, ON, Canada Evan C Bentz; Laurent Massam; and Michael P Collins (2010) “Shear Strength of Large Concrete Members with FRP Reinforcement”, M.ASCE, JOURNAL OF COMPOSITES FOR CONSTRUCTION ASCE 10 Ghazi Bahroz Jumaa, Ali Ramadhan Yousif (2019), Size effect on the shear failure of high-strength concrete beams reinforced with basalt FRP bars and stirrups, Construction and Building Materials 209 11 Long Nguyen Minh, Marian Rovnak (2011) , Shear resistance of GFRPreinforced concrete beams, Magazine of Concrete Research 12 Mohsen A Issa, F.ASCE; Thilan Ovitigala, Ph.D, P.E , M.ASCE; and Mustapha Ibrahim, S.M.ASCE (2016), Shear Behavior of Basalt Fiber Reinforced Concrete Beams with and without Basalt FRP Stirrups, Journal of Composites for Construction ASCE 13 Noor Azlina A Hamid, Rendy Thamrin , Azmi Ibrahim , Hanizah Abdul Hamid ,Norhafizah Salleh , Zalipah Jamellodin , Masni A Majid , and Nur Hafizah A Khalid (2016), Shear Strength Prediction for Concrete Beams Reinforced with GFRP Bars , ISCEE 14 Japan Society of Civil Engineers (1997), Recommendation for design and struction of concrete structures using continuous fiber reinforcing materials, No.23, Research Committee on Continuous Fiber Reinforced Material, Tokyo Website 15 http://theppolyme.vn ... 34 b Tính tốn dầm bê tơng cốt FRP chịu cắt theo ACI 440.1R - 06 36 2.3.2 Tính tốn dầm bê tơng cốt FRP chịu cắt theo CSA-S806 39 2.3.3 Tính tốn dầm bê tơng cốt FRP chịu cắt theo JSCE... định khả chịu cắt cho dầm cốt G -FRP, C -FRP, B -FRP dựa theo TCVN 5574:2018 * Đối tượng phạm vi nghiên cứu Dầm bê tông cốt dọc FRP có cốt đai FRP, thép thường khơng có cốt đai Cốt FRP ba loại G -FRP, ... CƠNG THỨC TÍNH TỐN KHẢ NĂNG CHỊU CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG SỬ DỤNG CỐT FRP 44 3.1 Giới thiệu 44 3.2 Dầm sử dụng cốt G -FRP 44 3.2.1 Tính tốn dầm bê tông sử dụng cốt G -FRP theo