Phân tích ứng xử cắt của dầm bê tông cốt thép được gia cường bê tông cốt thép

I H C QU C GIA TP HCM I H C BÁCH KHOA LÊ HU NH QUANG H U PHÂN TÍCH NG X C T C A D M BÊ TÔNG C T THÉP NG BÊ TÔNG C T D T ANALYSIS OF SHEAR BEHAVIOR OF REINFORCED CONCRETE BEAMS STRENGTHENED BY TEXTILE REINFORCED CONCRETE Chuyên ngành : K thu t Xây d ng Mã s : 8580201 LU TP H C HOÀN THÀNH T I: I H C BÁCH KHOA Cán b -HCM ng d n khoa h c: PGS.TS Tr n Cao Thanh Ng c PGS.TS Ngô H ng Cán b ch m nh n xét: PGS.TS Nguy u c T nh Nghiêm Lu cb ov t ih (tr c n) Thành ph n H n PGS.TS H m: c Duy Ch t ch PGS.TS Nguy u c T nh Nghiêm PGS.TS Cao Thanh Ng c Xác nh n c a Ch t ch H chuyên ngành sau lu CH T CH H PGS.TS H Ph n bi n NG C DUY Ph n bi n y viên nv ng Khoa qu n lý c s a ch a NG KHOA K THU T XÂY D NG I H C QU C GIA TP.HCM C NG HÒA XÃ H I CH T NAM I H C BÁCH KHOA c l p - T - H nh phúc MSHV:1870335 8580201 I TÀI PHÂN TÍCH II NG X C T C A D M BÊ TÔNG C T TH NG BÊ TÔNG C T D T C GIA NHI M V VÀ N I DUNG tính góc c t c a d m bê tông c t thép Áp d ng mơ hình ng bê tơng c t d t So sánh k t qu i thí nghi m th c t Thí nghi m d m bê tơng c t GFRP có gi So sánh k t qu thí nghi m d m bê tông c tiêu chu n hi n hành ng TRC ng TRC v i III NGÀY GIAO NHI M V : 22/02/2021 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 05/08/2021 V PGS.TS Tr n Cao Thanh Ng c CÁN B NG D N: PGS.TS Ngô H CÁN B NG D N CH NHI M B PGS.TS Tr n Cao Thanh Ng c PGS.TS Ngô H ng NG KHOA K THU T XÂY D NG i ng MÔN ĐÀO TẠO Trong trình nghiê Em xin chân thành bày t lòng bi n hai gi PGS.TS Tr n Cao Thanh Ng c PGS.TS Ngơ H góp s khích l ng, nh ng ý ki ng viên ch b o c a hai th ng vào b il ic h cc ng d n có th cs c lu t nghi p n Ban giám hi u, t p th gi ng viên h c viên cao ih u ki n thu n l i, nhi em trình h c t p il ic n bè nh i thân ng viên, quan tâm em su t th i gian qua Do h n ch v ki n th c th i gian nghiên c u, lu kh i nh ng thi u sót Em r t mong nh giáo, anh ch b c ch n s không tránh c s ch b o, góp ý c a quý th y cô ng nghi lu Em xin chân thành c ii c hoàn thi cách khác So N iii ABSTRACT The thesis determines the inclination of the compression strut of variable angle truss model for RC beams strengthened with TRC (textile reinforced concrete) under bending through a proposed semi-analytical approach A truss unit is used to analyze a reinforced concrete beam strengthened by TRC by the principle of virtual work Six RC beams, which have an a/d ratio of 3.18, are strengthened by TRC in shear with various schemes Comparisons are made between the predicted and published experimental results of the six RC beams strengthened with TRC with respect to the inclined angle of the compression strut at this state to investigate the reliability of the proposed semi-analytical approach The results show that the inclination of the compression strut in the truss models is rather similar to the crack angle in the experiment Besides, the thesis presents an experimental program to study the shear performance of GFRP (glass fiber reinforced polymer) bar reinforced concrete beams strengthened with TRC Five short span concrete beams reinforced with GFRP bars, including two unstrengthened beams and three strengthened beams, which have an a/d ratio of 1.7, are strengthened in shear with various schemes The experimental results indicate that the stirrups and the number of textile layers help to enhance the shear strengths of the tested beams and the ductile failure of the beams is controlled iv u tơi th c hi PGS.TS Tr n Cao Thanh Ng c PGS.TS Ngô H Các k t qu Lu i s ng th t Tôi xin ch u trách nhi m v công vi c th c hi n nghiên c u c a TP H H c viên th c hi n Lê Hu nh Quang H u v ng d n c a NHI M V LU L IC i ii TÓM T T LU iii ABSTRACT iv L v DANH M C B NG BI U viii DANH M C HÌNH NH x DANH M C CÁC KÝ HI U VI T T T xiv I THI U NG QUAN NGHIÊN C U c v bê tông c t s i 2.2 Vì ch nghiên c u thay cho FRP 2.3 T ng quan nghiên c u th gi i v d 2.4 T ng quan nghiên c cv d ng 10 ng 45 I DUNG NGHIÊN C U 51 3.1 M c tiêu nghiên c u .51 3.2 u 51 3.3 N i dung nghiên c u .52 O 54 4.1 Mơ hình giàn o 54 4.2 Mơ hình giàn i cho d m bê tông c t thép 57 4.3 Mơ hình giàn i cho d m bê tông c vi ng TRC 66 4.4 Ki m ch ng mơ hình giàn o cho d tính góc chuy n v 72 4.5 K t lu n 88 NG X C T C A D M BÊ TÔNG C NG KH NG C T B NG BÊ TÔNG C C GIA I D T 90 5.1 Nghiên c u th c nghi m .90 5.2 K t qu th nghi m 94 5.3 So s nh v i tiêu chu n thi t k hi n h nh 101 5.4 K t lu n 104 T LU N VÀ KI N NGH 105 6.1 K t lu n 105 6.2 Ki n ngh .106 TÀI LI U THAM KH O 107 vii B ng 2.1 Cách ký hi u c a d m thí nghi m [2] 21 B ng 2.2 Giá tr t i tr B ng 2.3 Kh phá h y c a d m thí nghi m [2] .24 u l c c a d m thí nghi m mô ph ng [3] 49 B ng 4.1 Chi ti t thành ph n c a giàn o d m RC [9] 62 B ng 4.2 Chi ti t thành ph n c a giàn o d ng TRC 69 B ng 4.3 Các thu c tính c a bê tông c t d t (TRC) [2] 75 B ng 4.4 K t qu tính tốn góc chuy n v c a d m R30-S-UJ-HI-TRC(5) 76 B ng 4.5 K t qu thí nghi m c a d m R30-S-UJ-HI-TRC(5) 76 B ng 4.6 So sánh góc c t c a d m R30-S-UJ-HI-TRC(5) 77 B ng 4.7 K t qu tính tốn góc chuy n v c a d m R30-S-SB-P-TRC(5) 78 B ng 4.8 K t qu thí nghi m c a d m R30-S-SB-P-TRC(5) 79 B ng 4.9 So sánh góc c t c a d m R30-S-SB-P-TRC(5) 80 B ng 4.10 K t qu tính tốn góc chuy n v c a d m R30-C-UJ-HI-TRC(5) 80 B ng 4.11 K t qu thí nghi m c a d m R30-C-UJ-HI-TRC(5) 81 B ng 4.12 So sánh góc c t c a d m R30-C-UJ-HI-TRC(5) 82 B ng 4.13 K t qu tính tốn góc chuy n v c a d m R30-S-SB-P-TRC(10) 82 B ng 4.14 K t qu thí nghi m c a d m R30-S-SB-P-TRC(10) 83 B ng 4.15 So sánh góc c t c a d m R30-S-SB-P-TRC(10) 84 B ng 4.16 K t qu tính tốn góc chuy n v c a d m R40-S-UJ-HI-TRC(5) 85 B ng 4.17 K t qu thí nghi m c a d m R40-S-UJ-HI-TRC(5) .85 B ng 4.18 So sánh góc c t c a d m R40-S-UJ-HI-TRC(5) 86 viii m v im c kh ng c t l i ch ng i v i nhóm m u có c n kh iv s t c a d kh ng c t l ng l p d t TRC c th nghi m M i ch ng C-1.7 c kh c t c a m u TRC.1-1.7 TRC.2- kháng c t l ng m t c kh t 33.7 % 37.9 % so v i m u i ch ng D a v o m i quan h t i v kh ng c t c n ho i c v ng, c th th c c i thi n so v i m c ng c a m u i ch ng Tuy nhiên d v ng t i t i tr ng ph ul Hình 5.6 Quan h t i tr ng - ng võng c a nhóm m u khơng có c 95 Hình 5.7 Quan h t i tr ng - võng c a nhóm m u có c 5.2.2 H nh th i ph ho i Hình 5.8 th hi n hình nh phá ho i c a nhóm m u d m khơng có c d u b phá ho i c hai m u a d m c nh p nh v i t s nh p chia cho chi u cao h u hi u nh h ng xiên bê tông t m tl n g i b ph ho i n n v c hai m u th nghi m V t n t mô men xu t hi n m n t xiên xu t hi n m u hi n m i ch ng C-1.7-0 t i tr i ch ng t i tr ng t i tr n t 150 kN 96 t 121 kN V t n t t 64 kN V t xu t (a) i ch ng (b) ng Hình 5.8 Hình nh phá ho i m u d m th nghi m c a nhóm m u khơng có c Hình 5.9 th hi n hình nh phá ho i c a nhóm m u d m có c b phá ho i c ba m u d u a d m c nh p nh v i t s nh p chia cho chi u cao h u hi u nh h ng xiên bê tông t i tl n g i b ph ho i n n v c ba m u th nghi m V t n t mô men xu t hi n m n t u n phát tri u tiên m u th tr ng c t, v t n t u n b ch ng t i tr n i ch ng C-1.7 t i tr ng TRC Khi tác d ng thêm t i u nghiêng V t n t xiên xu t hi n m t 105 kN V t n t TRC.2-1-7 t i tr n tl t 64 kN Các v t xu t hi n t 150 kN 180 kN 97 m i ng TRC.1-1.7 (a) M i ch ng (b) M ng l p TRC (c) M ng l p TRC Hình 5.9 Hình nh phá ho i m u d m th nghi m c a nhóm m u có c 98 5.2.3 Bi n d ng c a GFRP Các bi n d ng c cs d nh thêm nguyên nhân gây s phá ho i c t m u thí nghi m: c th s bi n d ng m c c a c t thép ngang ho c s nghi n nát c a ch ng bê tông Các k t qu s nghi n nát c a ch ng bê tông nguyên nh n làm m i v i d ng minh r ng i ch ng b ng s phá ho i x y ch ng bê tông b nghi n nát s bi n d ng m c c a c t thép ngang Hình 5.10, Hình 5.11 th hi n m i quan h gi a t i tr ng v bi n d ng c t ngang d c GFRP Khi t i tr ng nh t, bi n d ng GFRP h r t nh Bi n d ng GFRP c n n t xu t hi n Trong c n u th nghi m t u th nghi m, bi n d ng GFRP v n nh bi n d ng ph ho i c u n y ch ng t ph ho i m u th nghi m không ph i ph ho i GFRP K t qu n y kh ph h p v i h nh th i ph ho i quan s c ph c Hình 5.10 Bi n d ng c c t c m bi 99 n tr (a) Nhóm m u khơng c (b) Nhóm m u có c Hình 5.11 Bi n d ng c t d 100 c t c m bi n tr 5.3 So s nh v i tiêu chu n thi t k hi n h nh 5.3.1 Kh ng c t c a d m bê tông c t FRP Cho d m nh p ng n v i t s nh p chia cho chi u cao h u hi u (a/d) nh ch ng xiên s h nh th nh t [10] ki n ngh s d ng kh i tl ng u n n h u hi u c H nh 5.12 Tiêu chu n ACI 318-19 cs d t nh kh u l c c a ch fcu fc' (5-1) h s 0.85 s H nh 5.12 Thanh ch t xiên cho d m bê tông nh p ng n Tiêu chu n ACI 318-19 [10] s d ng h s gi m kh t u n n c a bê tông n 1.0, t y thu c v o lo i n n v chi ti t th p H s n y s ph n n y t nh kh s from c s d ng u t i c a d m bê tông th nghi m v i t s a / d nh 101 5.3.2 Kh ng c t c Kh p bê tông c i d t TRC ng c t c a c t ngang FRP S ng c t c a c xu t b i ACI 440.1R [11] : Vf Afv f fvd (5-2) s tan ng c t thép ngang FRP kho fv nghiêng c a v t n t c t ACI 440.1R [11] gi i h n m c ng su t thi t k c t thép ch u c t FRP : f fv 0.004 E f f fb (5-3) n fb ch c a ph n b u n cong c a c t thép FRP H n ch r ng c a v t n t c t tránh phá h y u ph n u n cong c a c t thép ch u l c FRP Kh ng c t c a l p bê tông c ng h p l c VF i d t TRC o ng the , kh ng c t c a l p bê tông i d t TRC, wf l r ng c a c c t m, sf i d t TRC: 2nt f wf f fe d fv s f tan (5-4) n l s l p, tf l d yc al kho ng c ch gi a c c t m ; v dfv, ffe l chi u cao h u hi u v d f fe , ffe ctn : min(0.004 EF , f fed ) (5-5) Theo mô h nh bong t ch c a Chen v Teng [12] f fed D f f fed ,max (5-6) 102 ng xu t t i : Df cos sin , (5-7) , Lmax (5-8) Le EF t f Le (5-9) fc' 0.427 f fed ,max f l tf (5-10) wf s f sin wf w (5-11) s f sin 1, l fc' EF sin , (5-12) B ng 5.4 So s nh kh ng c t gi a th c nghi m v tiêu chu n thi t k M u Pexp (kN) Pstrut (kN) Pf (kN) PTRC (kN) Pcode (kN) PCode/Pexp C-1.7.0 222.5 246.6 - - 246.6 1.11 TRC.2-1.7.0 296.6 246.6 - 100.8 347.4 1.17 C-1.7 296.6 233.5 17.6 - 251.1 0.85 TRC.1-1.7 396.6 250.8 17.6 26.8 295.2 0.74 TRC.2-1.7 408.9 238.3 17.6 53.6 309.5 0.76S V i Pexp kh g kháng c t c a d m th c nghi m, Pstrut kh c ng bê tông, Pf kh c a bê tông c i d t TRC, Pcode t c a c t ngang FRP, PTRC kh Pstrut Pf 103 PTRC t t theo tiêu c K t qu so s k t qu B ng 5.4 cho th y tiêu chu n thi t k cho i ch nh x c k t qu th c nghi tông c t FRP v d ng b kh ng c t c i c a d m bê i d t TRC 5.4 K t lu n K t qu th nghi m nghiên c u n tông c t u cho th y hi u qu c a vi c s d ng bê i d t TRC vi ng kh GFRP Nhóm m u khơng có c i ch ng C-1.7.0 c kh m im kh ng c t l kh tl v im ng c t cho d m bê tông c t ng TRC.2-1.7.0 t i ch ng Nhóm m u có c c kh ng c t l ng c t l 296.6 u i ch ng C-1.7 c c t c a m u TRC.1-1.7 TRC.2- c t 33.7 % 37.9 % so i ch ng So s nh v i tiêu chu n thi t k hi n h nh cho th y tiêu chu n thi t k cho k t qu i ch nh x c k t qu th c nghi v d c ng b kh ng c t c i d t TRC 104 i c a d m bê tông c t FRP 6.1 tài nghiên c u v ng x c t c a d m ng bê tông c t d t TRC thơng qua mơ hình giàn nghiêng c a ch ng (góc c t) cho d m bê tông c c a d m bê tông c ng bê tông c t d t TRC kh o sát ng x c t ng bê tông c t d t TRC thơng qua thí nghi m t s k t lu n d a k t qu c a nghiên c - K t qu tính tốn t mơ hình giàn c hi n: xu t cho d m bê tông c ng bê tông c t d t TRC cho k t qu phù h p v i th c nghi m, v y mơ hình giàn xu t có th h tr hi u qu cho nghiên c ng x c t c a d m bê tông gia ng bê tông c t d t TRC, giúp ti t ki m th i gian chi phí - Góc nghiêng tính tốn t mơ hình giàn xu t sát v i góc nghiêng 450 xu t tiêu chu n ACI 440.1R- ng s d ng góc 450, nhiên mơ hình giàn o v - i giúp ta tính tốn Kh o sát ng x c t c a d m bê tơng c thơng qua thí nghi m, tiêu chu n thi t k th c nghi m - ng kh ng c t c c D m bê tông c m bê tông c ng bê tông c t d t TRC xu t cho k t qu i c a d m ng bê tông c t d t TRC có kh ng h p có c K t qu th nghi m nghiên c u n y d ng bê tông c i d t TRC vi l u cho th y hi u qu c a vi c s ng kh tông c t GFRP 105 u c t cao l p TRC t qu ch ng c t t - i ch nh x c k t qu ng c t cho d m bê 6.2 D a vào k t qu nghiên c c, tác gi ki n ngh ng phát tri n m i c tài - T mơ hình giàn xu t, phân tích tính tốn chuy n v d m bê tông c t thép ng bê tông c t d t TRC - Phân tích ng x c t d m bê tơng c ng bê tông c t d t TRC thông qua mơ hình ph n t h u h n - Áp d ng mơ hình dàn o tính tốn góc ch ng chuy n v c a d m bê tông c ng bê tông c t d t TRC 106 [1] V Mechtcherine, "Novel cement-based composites for the strengthening and repair of concrete structures," Construction and Building Materials, vol 41, pp 365-373, 2013 [2] R Contamine, A Si Larbi, and P Hamelin, "Identifying the contributing mechanisms of textile reinforced concrete (TRC) in the case of shear repairing damaged and reinforced concrete beams," Engineering Structures, vol 46, pp 447-458, 2013 [3] Nguy u ng x ch u u n c a d m bê tông c K thu t Th y l [4] ng b ng bê tông c i d t", Khoa h c ng, s 48, 3/2015 A Si Larbi, R Contamine, E Ferrier, P Hamelin, "Shear strengthening of RC beams with textile reinforced concrete (TRC) plate," Construction and Building Materials, vol 24, no 10, pp 1928-1936, 2010 [5] S Verbruggen, O Remy, J Wastiels, T Tysmans, "Stay-in-place formwork of TRC designed as shear reinforcement for concrete beams," Advances in Materials Science and Engineering, vol 2013, pages, 2013 [6] A Brückner, R Ortlepp, M Curbach, "Textile reinforced concrete for strengthening in bending and shear," Materials and Structures, vol 39, no 8, pp 741-748, 2006 [7] Z C Tetta, L N Koutas, and D A Bournas, "Shear strengthening of concrete members with TRM jackets: Effect of shear span-to-depth ratio, material and amount of external reinforcement," Composites Part B, vol 137, pp 184-201, 2018 107 [8] Z C Tetta, L N Koutas, and D A Bournas, "Textile-reinforced mortar (TRM) versus fiber-reinforced polymers (FRP) in shear strengthening of concrete beams," Composites Part B, vol 77, pp 338-348, 2015 [9] B Li, C T N Tran, "Determination of inclination of strut and shear strength using variable angle truss model for shear-critical RC beams," Structural Engineering and Mechanics, vol 41, no 4, pp 459-477, 2012 [10] J P Moehle, "Key Changes in the 2019 Edition of the ACI Building Code (ACI 318-19)," Concrete International, vol 41, no 8, pp 21-27, 2019 [11] A Nanni, "Guide for the design and construction of concrete reinforced with FRP bars (ACI 440.1 R-03)," Structures Congress 2005: Metropolis and Beyond, 2005, pp 1-6 [12] J F Chen, J G Teng, "Shear capacity of FRP-strengthened RC beams: FRP debonding," Construction and Building Materials, vol 17, no 1, pp 27-41, 2003 108 PH N LÝ L CH TRÍCH NGANG H tên: Lê Hu nh Quang H u 18/11/1995 a ch liên l c: ng 20 Cao Th ng ng 2013-2018: H ih ct ng Bách Khoa TP.HCM 2018-2021: H c cao h c t ng Bách Khoa TP.HCM O Q TRÌNH CƠNG TÁC 2018-nay: K t k t i công ty TNHH Kum Kang Kind Vi t Nam 109 ... ng d m bê tông c t th p b ng bê tông c i d t Hình 1.5 M t s án l ng bê tông c t thép d t (TRC) [2] Hình 1.6 Thí nghi m v a bê tông c t thép d ng d m BTCT [2] .4 Hình 2.1 Bê tơng... i cho d m bê tông c t thép ng TRC th c hi n thí nghi m v d m bê tơng c ta hi ng x c t c a d m bê tông c bê tông c m ng TRC Hình 1.1 C u ki n bê tơng c t thép b xu ng c p theo th i gian Hình 1.2... [2] Hình 1.4 ng d m bê tơng c t th p b ng bê tơng c Hình 1.5 M t s id t ng bê tông c t thép d t (TRC) [2] Hình 1.6 Thí nghi m v a bê tông c t thép d ng d m BTCT [2] bê tông c t thép d t ( c nghiên