CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
4.2. Hình thái vết nứt và kiểu phá hoại của mẫu
Các mẫu đƣợc gia tải cho đến khi bị phá hoại. Đối với những mẫu không gia cường, cột bị phá hoại đột ngột do lớp bê tông bảo vệ bị vỡ, kéo theo đó là sự cong vênh của cốt thép dọc chịu lực. Sự phá hoại của cột chủ yếu xảy ra ở vị trí giữa cột.
Hình dạng phá hủy và vết nứt đƣợc thể hiện ở Hình 5.1, 5.2, và 5.3.
Mẫu nén đúng tâm
Các vết nứt đầu tiên trong cột bắt đầu xuất hiện (nhận biết nhờ vào âm thanh lách tách, quá trình này tiếp tục với tần suất ngày càng nhiều cho đến khi phá hủy) ở cấp tải 35% tải trọng phá hủy (Pu) với mẫu cột có cường độ bê tông fc = 28MPa; ở cấp tải khoảng 45%Pu với mẫu cột có fc = 49MPa; và ở cấp tải khoảng 55%Pu với mẫu cột có fc = 61MPa. Đến cấp tải 80%Pu, tốc độ phát triển vết nứt diễn ra rất nhanh. Mẫu cột có cường độ bê tông càng lớn, độ cứng của mẫu càng lớn, cột càng giòn dẫn đến tốc độ phá hủy của cột nhanh hơn so với mẫu cột có cường độ bê tông bé hơn.
Mẫu nén lệch tâm
Các vết nứt đầu tiên hình thành dọc theo trục cột tại thớ chịu nén ở cấp tải 24% Pu với mẫu cột có fc = 28MPa; ở cấp tải khoảng 32%Puvới mẫu cột có fc = 49MPa; và ở cấp tải khoảng 39%Pu với mẫu cột có fc = 61MPa. Sau giai đoạn này, vết nứt phát triển nhanh dần. Đến cấp tải từ 75% - 83%Pu, vết nứt trong cột phát triển rất nhanh với bề rộng có thể quan sát rõ bằng mắt thường; chúng liên kết với nhau làm cho cột bị phá hủy và cốt thép trong vùng nén bị cong vênh. Mẫu có cường độ bê tông và độ lệch tâm càng lớn, sự hình thành và phát triển của vết nứt và tốc độ phá hủy của chúng càng nhanh.
(a) fc=28MPa (b) fc=49MPa (c) fc=61MPa Hình 4.1: Nhóm mẫu nén đúng tâm không gia cường
(a) fc=28MPa(b) fc=49MPa (c) fc=61MPa Hình 4.2: Nhóm mẫu không gia cường, nén lệch tâm 25mm
(a) fc=28MPa(b) fc=49MPa (c) fc=61MPa Hình 4.3: Nhóm mẫu không gia cường, nén lệch tâm 50mm
35 4.2.2. Mẫu gia cường
Nhóm mẫu được gia cường hai lớp dán dọc
Hình thái phá hủy của mẫu cột gia cường hai lớp dán dọc được thể hiện ở Hình 5.4 và Hình 5.5. Vết nứt đầu tiên hình thành ở cấp tải từ 37% đến 58%Pu tại vùng gần với thớ dán tấm, hình dạng vết nứt theo đường xiên trục cột. Ở cấp tải khoảng 51%Pu -63%Pu, tốc độ phát triển của các vết nứt tăng nhanh dần (tiếng nổ lách tách nghe rất rõ) và các vết nứt có thể quan sát được rõ bằng mắt thường. Hình thái vết nứt đi theo đường xiên trục cột với sự tập trung lớn ở vùng góc cột và vị trí gần với thớ dán tấm CFRP dán dọc (Hình 5.4). Khi cột bị phá hủy, bê tông bị vỡ ở vùng góc cột, tấm CFRP bị bong tách kéo theo lớp bê tông bảo vệ ra khỏi bề mặt cột dầy hay mỏng khác nhau tùy thuộc vào cường độ bê tông thấp đến cao.
(a) fc=28MPa (b) fc=49MPa (c) fc=61MPa Hình 4.4: Nhóm mẫu gia cường hai lớp dán dọc nén đúng tâm.
(a) fc=28MPa (b) fc=49MPa (c) fc =61MPa Hình 4.5: Nhóm mẫu gia cường hai lớp dán dọc nén lệch tâm 50mm
Nhóm mẫu gia cường hai lớp dán dọc và một lớp bó hông
Hình thái phá hủy và vết nứt trong các cột đƣợc thể hiện ở Hình 5.6, 5.7, 5.8, và 5.9.
Đối với các mẫu nén đúng tâm, khi cột bị nén dọc trục, phần lõi bê tông giữa cốt đai nở hông tác động lên cốt đai, làm cho thép đai bị căng kéo để chống lại sự nở hông, dẫn đến hình thành ứng suất kéo và biến dạng lớn trong cốt đai. Tuy vậy, tại vị trí khoảng cách ở giữa hai cốt thép đai, bê tông ít bị bó hông nên sự nở hông của bê tông cột cũng lớn hơn. Khi thép đai bị biến dạng, bê tông cột tiếp tục nở hông và tác động lên tấm CFRP bao bọc bề mặt bê tông cột. Lúc này, tấm CFRP bên ngoài bị kéo để chống lại sự bó hông, hình thành nên ứng suất kéo trong tấm CFRP. Do cột có tiết diện vuông, nên mức độ nở hông tại các điểm khác nhau theo chu vi mặt cắt tiết diện cột cũng khác nhau; vùng giữa hai góc cạnh cột bị nở hông nhiều nhất.
Chính sự nở hông không đều dẫn đến sự trượt giữa lớp vật liệu CFRP gia cường và bê tông cột. Các mẫu cột gia cường bó hông bởi tấm CFRP cơ bản đều giống nhau về hình dạng phá hoại. Vị trí tấm CFRP bị đứt và bê tông bị phá hoại nằm ở phía dưới gần giữa cột. Tại cấp tải mẫu cột bị phá hoại, tấm CFRP bị xé rách phát ra tiếng nổ; bê tông có cường độ và số lớp gia cường càng cao, tiếng nổ phát ra càng lớn. Khi bị phá hoại tấm CFRP bị đứt và vị trí đứt tấm là ở cạnh của tiết diện cột.
Sau khi tấm bị đứt, bê tông bị bắn ra xung quanh thành những mảnh vụn; điều này cho thấy bê tông đã bị phá hủy trước khi tấm bị đứt. Thép dọc và thép đai bị biến dạng lớn.
Thời điểm bong tách của tấm CFRP trong các cột có cường độ bê tông khác nhau có sự khác biệt. Đối với mẫu gia cường hai lớp dán dọc và bó hông cách quãng, chịu nén lệch tâm 50mm, tấm CFRP trong cột với fc = 28MPa có dấu hiệu bị bong ở cấp tải xấp xỉ khoảng 49%Pu, và tấm CFRP trong cột với fc = 49MPa và
= 61MPa có dấu hiệu bị bong lần lƣợt ở cấp tải 72%Pu và 75%Pu. Đối với mẫu gia cường hai lớp dán dọc và bó hông cách quãng, nén lệch tâm 25 mm, tấm CFRP
trong cột với fc = 49MPa có dấu hiệu bị bong ở cấp tải 63%Pu. Đối với những mẫu cột có fc = 49MPa, gia cường hai lớp dán dọc và bó hông liên tục, nén lệch tâm 25mm và 50mm, tấm CFRP trong cột có dấu hiệu bong tách lần lƣợt ở cấp tải 82%Pu và 87%Pu.
37
(a) Nén đúng tâm (b) Nén lệch tâm 25mm (c) Nén lệch tâm 50mm Hình 4.6: Cột có fc = 49MPa, gia cường 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông liên tục
(a) Nén đúng tâm (b) Nén lệch tâm 50mm
Hình 4.7: Cột có fc = 28MPa, gia cường 2 lớp dán dọc + 1 lớp bó hông cách quãng
(a) đúng tâm (b) lệch tâm 25mm (c) lệch tâm 50mm
Hình 4.8: Cột có fc = 49MPa, gia cường 2 lớp dán dọc +1 lớp bó hông cách quãng