Các mô hình phá hoại cắt của dầm BTCT gia cố bằng CDCCS

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN VÀ TIẾN HÀNH XỬ LÝ VẾT NỨT KEÁT CAÁU NHÒP CAÀU BTCT BAÈNG CDCCS

A. TÍNH TOÁN XỬ LÝ

II. Các mô hình phá hoại

2. Các mô hình phá hoại cắt của dầm BTCT gia cố bằng CDCCS

Một số mô hình phá hoại được theo dõi nghiên cứu thực nghiệm đối với dầm BTCT gia cố tăng cường khả năng chịu cắt bằng dán dải CDCCS. Những mô hình này bao gồm : mô hình phá hoại cắt với dải CDCCS bị đứt, mô hình phá hoại cắt không có dải CDCCS bị đứt, mô hình phá hoại cắt do phá hoại liên kết CDCCS và mô hình phá hoại cắt gần những chỗ neo cơ học.

(Hình 4.2) Dải CDCCS bị tách

khỏi bê tông.

(Hình 4.3) -Dải CDCCS bị đứt.

(Hình 4.4)

Dải CDCCS bị phá hoại cắt.

Nguyễn Minh Khánh Trang 49 Đối với dầm BTCT bình thường, phá hoại cắt bao gồm phá hoại cắt do kéo, phá hoại cắt do uốn, phá hoại cắt do nén và phá hoại cắt của dầm cao. Phá hoại cắt do kéo và phá hoại cắt do uốn xảy ra khi tỷ lệ chiều dài nhịp và chiều cao dầm lớn (6 > B/h >

2,5 đối với dầm BTCT bình thường, phá hoại cắt hiếm khi xảy ra khi B/h > 6). Phá hoại cắt do nén thường xảy ra khi dầm có tỷ lệ chiều dài nhịp và chiều cao dầm thấp (2,5 > B/h > 1 đối với dầm BTCT bình thường).

Đối với dầm BTCT gia cố chống cắt bằng phương pháp dán CDCCS bên ngoài, giới hạn giữa các dạng phá hoại cắt trên sẽ khác. Cách thức sử dụng và khả năng ứng dụng của CDCCS đới với từng dạng phá hoại cũng có thể sẽ khác. Tuy nhiên, những vấn đề trên vẫn chưa được giải đáp một cách chắc chắn và đòi hỏi phải có thêm nhiều nghiên cứu.

2.1. Mô hình phá hoại cắt với dải CDCCS bị đứt:

Loại phá hoại này thường xuất hiện với dạng vết nứt xiên do cắt. Vết nứt do uốn theo phương đứng bắt đầu trước tiên từ vùng chịu kéo. Vết nứt gần gối tựa có thể phát triển theo hướng điểm đặt tải và trở thành vết nứt nghiêng. Trong một số trường hợp, vết nứt xiên có thể xuất hiện bất ngờ. Khi bề rộng của vết nứt xiên tăng, biến dạng lớn nhất trong CDCCS sẽ đạt đến trạng thái biến dạng tới hạn cho phép, thường xuất hiện ở đầu thấp của vết nứt. Khi khi đạt đến khả năng chịu lực tới hạn cho phép thì dải CDCCS sẽ ngay lập lức bị rách. Sự đứt của dải CDCCS sẽ phát triển dọc theo vết nứt cắt xiên do cắt trong bê tông, dẫn đến việc phá hoại toàn bộ dầm. Phá hoại liên kết của CDCCS ở hai bên mặt dầm thường xuất hiện trước phá hoại trong hầu hết các trường hợp, nhưng cuối cùng phá hoại xảy ra là do dải CDCCS bị đứt. Do đó, việc phá hoại liên kết CDCCS không ảnh hưởng đến khả năng chịu cắt tới hạn trong mô hình phá hoại này.

2.2. Mô hình phá hoại cắt không có dải CDCCS bị đứt:

(Hình 4.5)

Phá hoại cắt với dải CDCCS bị đứt.

Nơi dải CDCCS bắt đầu nứt

Nguyễn Minh Khánh Trang 50 (Hình 4.6)

Mô hình phá hoại cắt trung gian do liên kết dán phá hoại ở giữa.

Tiến trình phá hoại của mô hình này chủ yếu giống như mô hình phá hoại cắt với dải CDCCS bị đứt, ngoại trừ việc dải CDCCS không bị rách. Dải CDCCS vẫn có khả năng chịu tải trọng sau khi bê tông bị phá hoại.

2.3. Mô hình phá hoại cắt do phá hoại liên kết CDCCS:

Dầm BTCT được tăng cường khả năng chịu cắt bằng CDCCS có thể bị phá hoại do liên kết của CDCCS và dầm bị phá hoại. Một khi dải CDCCS bắt đầu bị tách ra thì dầm sẽ nhanh chóng bị phá hoại. Sự hư hỏng của dầm trong mô hình phá hoại này thường rất ít. Số liệu thử nghiệm hiện có cho thấy hầu hết tất cả các dầm chỉ được gia cố CDCCS bên mặt dầm, và nhiều dầm được gia cố bằng áo bọc CDCCS dạng chữ U thường bị phá hoại theo mô hình này.

2.4. Mô hình phá hoại cắt gần những chỗ neo cơ học:

Nếu những neo cơ học được sử dụng để neo dải CDCCS ở bên mặt dầm BTCT thì có khuynh hướng bị phá hoại neo. Ví dụ như trường hợp dùng neo cơ học để neo dải bọc CDCCS dạng chữ U ở dưới cánh dầm chữ T có thể bị bong ra tại vị trí nối. Xung quanh vị trí đặt neo, cả dải CDCCS lẫn bê tông đều có thể bị phá hoại cục bộ. Do đó,

(Hình 4.7)

Phá hoại cắt do liên kết bị phá hoại

(Hình 4.9)

Mô hình phá hoại uốn trung gian do liên kết dán phá hoại ở giữa.

Nguyễn Minh Khánh Trang 51 trước khi có những hiểu biết tốt hơn về mọi yếu tố của mô hình phá hoại này, chúng ta cần phải quan tâm đặc biệt đến khâu thiết kế.

Các ký hiệu sử dụng trong các công thức tính toán trong chương này:

Trong chương này có một số công thức tính toán với các ký hiệu sử dụng được chú thớch nhử sau :

Asi - Tổng diện tích cốt thép tại lớp thứ i.

As - Dieọn tớch coỏt theựp chũu keựo.

Ac - Diện tích mặt cắt bê tông.

Af - Tổng diện tích dải dán CDCCS.

Av - Dieọn tớch cuỷa coỏt theựp ủai theo theo ACI 318-95 (1999).

Asv - Dieọn tớch cuỷa coỏt theựp ủai theo BS 8110 (1997).

ai - Khoảng cách từ trục tính toán của gối tựa đến mép gối tựa của dầm.

aL - Biến dạng ngang do lực kéo của dải CDCCS.

b - Bề rộng của dầm bê tông.

C - Tổng lực nén của phần bê tông chịu nén.

cb - Chiều cao vùng chịu nén cân bằng khif fuvàc cu. c - Chieàu cao vuứng chũu neựn.

Dfrp - Hệ số phân bố ứng suất của dải CDCCS.

d - Khoảng cách từ trục cốt thép chịu kéo đến mép trên của mặt cắt dầm.

d’ - Khoảng cách từ trục cốt thép chịu nén đến mép trên của mặt cắt dầm.

dsi - Khoảng cách từ trục của các thanh cốt thép tại lớp thứ i đến trục của mặt cắt daàm.

dfrp - Khoảng cách từ trục của dải CDCCS đến trục của mặt cắt dầm.

df - Chiều cao hữu hiệu của dải CDCCS bằng khoảng cách từ tâm dải CDCCS đến meùp treân cuûa daàm.

tfrp

d - Khoảng cách từ mặt chịu nén đến mép trên của dải dán CDCCS hai bên dầm.

Es - Mô đun đàn hồi của cốt thép.

Ec - Mô đun đàn hồi của bê tông.

Ef - Mô đun đàn hồi của dải CDCCS.

(Hình 4.10)

Bọc dải CDCCS gia cố chống cắt dầm BTCT.

Nguyễn Minh Khánh Trang 52 Fbd - Giá trị lớn nhất của lực liên kết giữa dải CDCCS và bê tông.

E

Ffd - Lực kéo liên kết giữa dải CDCCS và bê tông tại điểm E.

ff - Ứng suất của dải CDCCS.

ffu - Khả năng chịu lực lớn nhất của dải CDCCS.

fs - Ứng suất của cốt thép chịu kéo.

fs’ - Ứng suất của cốt thép chịu nén.

fr - Khả năng chịu kéo tới hạn của bê tông.

fcu - Cường độ chịu nén của bê tông theo mẫu hình lập phương.

fc’ - Cường độ chịu nén của bê tông.

fy - Cường độ chịu uốn của thép.

ffrp Cường độ chịu kéo của CDCCS.

fctm - Khả năng chịu kéo bề mặt bê tông.

f - Khoảng cách từ mép cuối của dải CDCCS đến mép gối tựa của dầm, thường lấy  50mm.

frpe

f - Ứng suất trung bình của dải CDCCS khi phá hoại.

fyv - Khả năng chịu lực của cốt thép đai (không được lấy quá 460N/mm2) theo BS 8110 (1997).

ffe - Cường độ chịu cắt của CDCCS khi phá hoại.

h - Chieàu cao cuûa daàm beâ toâng.

efrp

h - Chiều cao tác dụng của dải dán CDCCS.

hs - Chiều dày tấm sàn.

Ig - Mô men quán tính của phần tiết diện bê tông.

Icr - Mô men quán tính của mặt cắt bê tông ở trạng thái nứt.

k1 - Hệ số ứng suất của bê tông chịu nén.

k2 - Hệ số trục của lực nén.

k3 - Hệ số chiều dài liên kết hữu hiệu xác định đối với cường độ bê tông.

k4 - Hệ số chiều dài liên kết hữu hiệu xác định đối với kiểu bọc chống cắt.

Lmax - Chiều dài liên kết dán lớn nhất.

Le - Chiều dài liên kết dán hữu hiệu.

Lo - Chiều dài liên kết dán hữu hiệu của một lớp CDCCS.

lbd - Giá trị chiều dài liên kết giữa dải CDCCS và bê tông.

Mip - Mô men do tải trọng tác dụng tại thời điểm thi công dán dải CDCCS (thường là tĩnh tải).

Mu - Mô men do tải trọng tính toán tác dụng (có nhân với hệ số).

Mcr - Mô men uốn khi dầm xuất hiện vết nứt.

Mn - Khả năng chịu uốn danh nghĩa của mặt cắt.

MSkf - Mô men uốn đặc trưng tại thời điểm đã gia cố dầm.

MSdf - Mô men uốn thiết kế khi dầm làm việc ở trạng thái đã được gia cố với hoạt tải mới.

MRd0- Khả năng chịu uốn của mặt cắt dầm BTCT khi chưa được gia cố.

MRdf- Khả năng chịu uốn của mặt cắt dầm BTCT khi đã được gia cố.

Nguyễn Minh Khánh Trang 53

SdfE

M - Mô men uốn khi dầm làm việc ở trạng thái đã được gia cố với hoạt tải mới tại điểm E.

nf - Số lớp CDCCS.

Pe - Lực căng của cáp dự ứng lực tại thời điểm thi công dán dải CDCCS.

R - Tỷ lệ ứng suất hoặc biến dạng hữu hiệu.

Sm - Moõ men túnh cuỷa tieỏt dieọn.

sfrp Khoảng cách của dải CDCCS gia cố chống cắt.

maxfrp

s - Khoảng cách lớn nhất của dải CDCCS gia cố chống cắt.

sv - Khoảng cách đai thép.

tf - Chiều dày một lớp dải CDCCS.

tfrp Chiều dày của dải dán CDCCS.

x - Khoảng cách từ mép chịu nén của bê tông đến trục của mặt cắt dầm.

xcr - Chiều cao tới hạn của vùng bê tông chịu nén.

xE - Khoảng cách từ điểm E đến trục tính toán gối tựa của dầm.

zt - Tọa độ của mép trên của dải dán CDCCS.

zb - Tọa độ của mép dưới của dải dán CDCCS.

wf - Bề rộng của dải dán CDCCS.

Vn - Khả năng chịu cắt của dầm BTCT gia cố bằng dải CDCCS.

Vc - Khả năng chịu cắt phần bê tông.

Vs - Khả năng chịu cắt phần cốt đai.

Vfrp Khả năng chịu cắt dải dán CDCCS.

vc - Ứng suất cắt của bê tông theo bảng tra 3.8 của BS 8110 (1997).

1 - Hệ số đối với c để xác định chiều cao vùng chịu nén của bê tông.

 - Góc nghiêng của sợi CDCCS với phương ngang của dầm theo chiều kim đồng hoà.

L - Hệ số chiều dài liên kết.

w - Hệ số bề rộng các dải CDCCS.

bi - Biến dạng của bê tông ở mặt dưới tại thời điểm thi công dán dải CDCCS.

c - Biến dạng nén trong bê tông.

c’ - Biến dạng trong bê tông ứng với giá trị ứng suất bê tông đạt giá trị cao nhất fc’.

cu - Biến dạng lớn nhất cho phép trong bê tông, theo ACI 318-95 (1999) lấy bằng 0,003.

f - Biến dạng của dải CDCCS.

fu - Biến dạng tới hạn cho phép của dải CDCCS.

s - Biến dạng kéo của cốt thép.

s’ - Biến dạng nén của cốt thép.

sy - Biến dạng kéo của cốt thép khi ứng suất đạt giá trị chảy, lấy giá trị

s y

sy  f E

 .

frp Biến dạng của CDCCS.

rupfrp

 - Biến dạng của CDCCS khi bị đứt.

si - Biến dạng của các thanh cốt thép tại lớp thứ i.

Nguyễn Minh Khánh Trang 54

cf - Biến dạng của bê tông vùng chịu nén.

c - Biến dạng nén của bê tông.

max - Biến dạng lớn nhất của CDCCS khi làm việc chịu cắt.

efrp

 - Biến dạng hữu hiệu trung bình của dải CDCCS khi phá hoại.

co - Biến dạng dọc trục của bê tông không bị bó mẫu hình trụ khi đạt ứng suất lớn nhaát.

c - Hệ số an toàn đối với bê tông.

frp Hệ số an toàn đối với CDCCS.

s - Hệ số an toàn đối với thép.

g - Hệ số an toàn đối với tĩnh tải.

q - Hệ số an toàn đối với hoạt tải.

 - Hệ số giảm khả năng chịu lực.

 - Hệ số giới hạn khả năng gia cố.

M - Hệ số an toàn khi gia cố dầm BTCT bằng CDCCS.

 - Góc nghiêng của vết nứt do cắt với truc của dầm.

c - Ứng suất nén của bê tông.

frp Ứng suất của CDCCS.

si - Ứng suất nén của các thanh cốt thép tại lớp thứ i.

frpmax

 - Ứng suất lớn nhất của dải CDCCS khi phá hoại cắt do dải CDCCS bị đứt.

frp Tỷ số diện tích hoặc thể tích của CDCCS.

crfrp

 - Hệ số tới hạn của CDCCS.

si - Hệ số cốt thép lớp thứ i.