CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM GIA CƯỜNG KẾT CẤU SÀN BTCT BẰNG CÁP ƯLT CĂNG NGOÀI KẾT HỢP TẤM SỢI CACBON
3.3. Thiết kế gia cường kết cấu sàn BTCT bằng cáp ƯLT căng ngoài kết hợp tấm sợi cacbon
3.3.1. Thông số vật liệu
3.3.1.1. Thông số vật liệu cáp ứng lực trước, đầu neo và gối đỡ.
Thông số vật liệu cáp ứng lực trước căng ngoài: Sử dụng dùng loại cáp ASTM 416-270 [17] có độ chùng thấp, đường kính 12,7mm, với các thông số như sau:
+ Tao cáp có đường kính 12,7mm, diện tích mặt cắt ngang: 98,7mm2. + Giới hạn bền: fpu = 1860MPa.
+ Giới hạn chảy fpy =1680 MPa.
+ Mo đun đàn hồi: E = 195000 MPa.
+ Lực kích trước khi đóng neo mỗi tao cáp là: 134,4 kN.
+ Độ tụt neo cho phép 6mm.
Đầu neo và gối đỡ bằng thép có sườn gia cố. Có giới hạn chảy tối thiểu Fy = 245 MPa. Giới hạn bền kéo Fu = 410 MPa.
Hình 3-16: Tao cáp ứng lực trước có vỏ bọc HDPE 3.3.1.2. Thông số vật liệu CFRP và keo
- Vải sợi cacbon đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật sau:
Bảng 3-1: Thông số vật liệu vải sợi cacbon [5]
STT Các chi tiêu kỹ thuật Yêu cầu Phương pháp thử
1 Cường độ chịu kéo (MPa) ≥ 800
ASTM D3039 [16]
2 Mô đun đàn hồi chịu kéo (GPa) ≥ 95
3 Độ dãn dài khi đứt (%) ≥ 1,7
4 Chiều dày tấm (mm) ≥ 0,22
- Đối với keo phủ, keo lót: Vật liệu keo Epoxy 2 thành phần loại IV có các đặc tính thỏa mãn tiêu chuẩn TCVN 7951-2008 [3]. Các đặc tính cơ lý cơ bản như sau:
DUT.LRCC
Bảng 3-2: Thông số Vật liệu keo Epoxy [3]
STT Tính chất cơ lý keo Epoxy Đơn vị tính Yêu cầu Phương pháp thử
1 Độ nhớt Pa.s <10,0 TCVN 7952-1:2008
2 Thời gian tạo gel Phút >30,0 TCVN 7952-3:2008 3 Cường độ chịu kéo ở 7 ngày MPa >50,0 TCVN 7952-10:2008 4 Cường độ chịu nén ở 7 ngày MPa >70,0 TCVN 7952-9:2008 5 Cường độ dính kết 2 ngày MPa >7,0 TCVN 7952-4:2008 6 Cường độ dính kết 14 ngày MPa >10,0 TCVN 7952-4:2008 7 Độ hấp thụ nước sau 24 giờ % < 1,0 TCVN 7952-5:2008
3.3.2. Kết quả thiết kế gia cường kết cấu BTCT bằng cáp ƯLT căng ngoài kết hợp tấm sợi cacbon
Để đảm bảo khả năng chịu lực của kết cấu. Tại mỗi vùng sàn (AB-12) cáp ƯLT căng ngoài được bố trí tại 4 vị trí, mỗi vị trí gồm 2 tao cáp 12,7mm được căng với lực trước khi đóng neo mỗi tao cáp là: 134,4 kN. Lực nén do cáp ƯLT căng ngoài truyền vào kết cấu tại 2 vị trí gối đỡ và được neo trực tiếp lên vị trí sàn như hình 3-17.
Ngoài ra để tăng cường khả năng chịu uốn của kết cấn sàn BTCT, tấm sợi cacbon được bố trí gia cường tại mặt trên và mặt dưới của ô sàn.
Tại các vị trí đầu neo của cáp ƯLT căng ngoài, cường độ vật liệu bê tông và kích thước sàn phải đảm bảo khả năng chịu lực và độ cứng lớn, do kết cấu hiện tại bê tông cấp độ bền B20 và kích thước sàn 120mm tương đối mỏng, nên các tấm sợi cacbon được bố trí gia cường tại vị trí đầu neo để chịu lực cục bộ trong quá trình căng kéo cáp ƯLT.
Hình 3-17: Mặt cắt bố trí cáp ƯLT căng ngoài
DUT.LRCC
Hình 3-18: Mặt bằng bố trí cáp ƯLT căng ngoài
Căn cứ vào biểu đồ nội lực được phân tích ở trên, cùng với kết quả kiểm tra khả năng chịu lực của kết cấu với hoạt tải 600 kG/m2 để bố trí gia cường sàn bằng CFRP.
- Các tấm sợi cacbon được bố trí giữa ở mặt dưới của sàn (AB-12); (AB-23);
(AB-34) và (AB-45), tấm sợi cacbon có bề rộng 20cm (Vải sợi cacon được sản xuất theo các cuộc có bề rộng 1,0m, do vậy việc chia tấm sợi cacbon đảm bảo cho quá trình thi công dễ dàng) được bố trí thành từng dải, các tấm cách nhau 20cm như hình 3-19.
- Các tấm sợi cacbon được bố trí ở mặt trên ô sàn tại các trục 1,2,3,4,5 và trục B.
Các tấm CFRP có bề rộng 20cm được bố trí thành từng dải, các tấm cách nhau 20cm như hình 3-20.
Hình 3-19: Mặt bằng gia cường CFRP mặt dưới sàn tầng 3
DUT.LRCC
Hình 3-20: Mặt bằng gia cường CFRP mặt trên sàn tầng 3
Hình 3-21: Cáp ƯLT căng ngoài được mô phỏng bằng phần tử calbe
Hình 3-22: Độ vồng ngược do cáp ƯLT gây ra
DUT.LRCC
Hình 3-23: Biểu đồ momen do cáp ƯLT gây ra
Hình 3-24: Nội lực trong sàn do cáp ƯLT gây ra
- Kết quả kiểm tra khả năng chịu lực của kết cấu sau khi gia cường được thể hiện trong các biểu đồ hình 3-25; hình 3-26 và hình 3-27. Chi tiết phần tính toán được trình bày ở phụ lục.
DUT.LRCC
Hình 3-25: Biểu đồ kiểm tra khả năng chịu uốn của dầm sau khi gia cường
Hình 3-26: Biểu đồ kiểm tra khả năng chịu uốn sàn sau khi gia cường
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1,000
Dầm 16-2 Dầm 12-2 Dầm 17A-2 Dầm 7-2 (trục 3)
Dầm14-2 Dầm7A-2 Sức kháng uốn (kN.m) Momen do tải trọng (kN.m)
Biểu đồ kiểm toán khả năng chịu uốn của dầm
Sức kháng uốn của kết cấu dầm
Momen do tổ hợp tải trọng (600kG/m2) trước khi gia cường
Momen do tổ hợp tải trọng (600kG/m2) sau khi gia cường
-2,000 -1,500 -1,000 -500 0 500 1,000 1,500 2,000
Giữa ô sàn (X-X)
Giữa ô sàn (Y-Y)
Trên gối ô sàn (X-X)
Trên gối ô sàn (Y-Y) Sức kháng uốn (kG.m) Momen do tải trọng (kG.m)
Biểu đồ kiểm tra khả năng chịu uốn của sàn
Momen do tổ hợp tải trọng
(600kG/m2) trước khi gia cường
Momen do tổ hợp tải trọng
(600kG/m2) sau khi gia cường
Sức kháng uốn của kết cấu sàn sau khi gia cường
DUT.LRCC
Hình 3-27: Biểu đồ kiểm tra độ võng sau khi gia cường Nhận xét:
- Kết quả kiểm tra kết cấu dầm sàn tầng 3 với tải trọng sử dụng 600 kG/m2, sau khi gia cường đảm bảo về sức kháng uốn, sức kháng cắt và độ võng kết cấu sàn.
3.3.3. Thiết bị dùng trong quá trình thi công, thử tải và một số hình ảnh trong quá trình thi công gia cường, thử tải kiểm chứng
3.3.3.1. Thiết bị dùng trong quá trình thi công, thử tải kiểm chứng
- Kích thủy lực: Kích được sử dụng là kích đơn kiểu YDC40QX 24T để căng kéo cáp ƯLT căng ngoài.
- Hệ thống bơm: Sử dụng bơm dầu áp lực cao có bàn đạp.
Hình 3-28: Kích thủy lực và hệ thống bơm
- Thiết bị đo biến dạng: Bộ thu thập tín hiệu thu (Hệ thống đo SISGEO Omnialog), Cảm biến biến dạng/ứng suất kiểu điện trở hoặc dây rung và máy tính.
DUT.LRCC
Cảm biến lá điện trợ
Cảm biến dây rung Hệ thống đo Sisgeo Omnialog Hình 3-29: Hệ thống thiết bị đo biến dạng
- Thiết bị đo chuyển vị thẳng: Đầu đọc NI9205 (hãng NI- Hoa Kỳ) và cảm biến chuyển vị LVDT sai số 0.01mm.
Cảm biến đo chuyển vị LVDT
Đầu đọc NI9205 và bộ thu không dây
Phần mềm hiển thị số liệu Hình 3-30: Hệ thống thiết bị đo chuyển vị / võng
Hình 3-31: Chi tiết đầu neo và gối đỡ
DUT.LRCC
3.3.3.2.Hình ảnh trong quá trình thi công gia cường, thử tải kiểm chứng Một số hình ảnh trong quá trình thi công
Hình 3-32: Lắp đặt chi tiết đầu neo và gối đỡ
Hình 3-33: Liên kết đầu neo mặt trên sàn
Hình 3-34: Lắp cáp vào đầu neo và gối đỡ
DUT.LRCC
Hình 3-35: Tiến hành kéo cáp theo từng cấp lực
Hình 3-36: Cáp ƯLT sau khi tiến hành căng kéo
DUT.LRCC
Hình 3-37: Gia cường cục bộ tại các vị trí đầu neo bằng CFRP
Hình 3-38: Gia cường mặt dưới sàn bằng CFRP
Hình 3-39: Gia cường mặt trên sàn bằng CFRP
DUT.LRCC
Hình 3-40: Kiểm soát kết cấu trong quá trình căng kéo cáp ƯLT Một số hình ảnh trong quá trình thử tải kiểm chứng
Bố trí điểm đo biến dạng
DUT.LRCC
Bố trí điểm đo võng
Hệ thống phục vụ chất tải
DUT.LRCC