BÊ TÔNG CỐT THÉP
và 4. Độ mảnh của mẫu thử có ảnh hưởng đáng kể đến cường độ của những mẫu thử bị kiềm chế biến dạng ngang, độ mảnh càng nhỏ thì cường độ chịu nén càng lớn. Khi chiều
1.3 Các nghiên cứu tăng cường khả năng chịu uốn
1.3.1.2 Một số tham số ảnh hưởng đến hiệu quả tăng cường sức kháng uốn
Hiệu quả tăng cường của kết cấu dầm phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, như số lượng lớp lưới sợi, tính chất vật liệu, cấu tạo dầm BTCT v.v. Khi tăng hàm lượng cốt lưới dệt (thông qua việc tăng số lớp lưới sợi), sức kháng uốn sẽ được cải thiện. Tuy nhiên, mức tăng này còn phụ thuộc vào dạng phá hoại của kết cấu được tăng cường.
Theo báo cáo của D’Ambrisi [25], Ombres [49], Babaeidarabad [16], and Raoof [51], việc sử dụng nhiều hơn 1 lớp lưới sợi có thể gây ra phá hoại do tuột sợi khỏi chất nền.
D’Ambrisi [25] và Raoof [51] nghiên cứu cải thiện hiệu quả sử dụng của lớp TRC tăng cường bằng cách bổ sung lớp neo có tiết diện chữu U ở 2 đầu của cấu kiện, cũng như trên toàn bộ chiều dài của cấu kiện. Cụ thể, D’Ambrisi [25] thực hiện nghiên cứu đối với các dầm BTCT được tăng cường sức kháng uốn với lưới sợi carbon và sợi PBO với hàm lượng cốt lưới sợi khác nhau, có cấu trúc tăng cường khác nhau (Hình 1.25). Kết quả thí nghiệm cho thấy, Cấu trúc tăng cường có dạng chữ U liên tục theo chiều dài dầm có hiệu quả tăng cường cao nhất, tiếp theo là cấu trúc chữ U bọc ở 2 đầu dầm và cấu trúc với lớp TRC trát ở mặt dưới của dầm, tương ứng với mức tăng 30%, 15% và 8%.
Về loại lưới sợi, theo D’Ambrisi [25], các mẫu dầm sử dụng lưới sợi PBO có sức kháng uốn lớn hơn lưới sợi carbon. Khi tăng cường bằng 1 lớp lưới sợi PBO và sợi các bon, khả năng chịu uốn của các dầm được tăng thêm lần lượt là 30% và 15% so với dầm đối chứng.
Biến dạng của lưới sợi tại thời điểm phá hoại được xác định vào khoảng 0,8 đến 0,9% đối với lưới sợi carbon và từ 1,3 đến 1,5% đối với lưới sợi PBO. Jesse et al. (2008) báo cáo rằng lớp phủ polymer lên lưới sợi có thể cải thiện hiệu quả tăng cường đến 67%. Hiện tượng này cũng được Raoof [51] nhấn mạnh trong nghiên cứu của mình, với mức tăng đến
31
55% khi sử dụng 1 lớp lưới sợi các bon có sử dụng lớp phủ epoxy.
Hình 1.25 Cấu tạo chi tiết một số mẫu dầm thí nghiệm của D’Ambrisi [25]
D’Ambrisi [25] cũng đồng thời khảo sát 2 loại bê tông hạt mịn có cường độ chịu nén lần lượt 29,75 MPa và 16,1 MPa. Theo D’Ambrisi, hiệu quả tăng cường của TRC cũng phụ thuộc vào loại bê tông hạt mịn, đặc biệt là đặc tính dính bám giữa bê tông hạt mịn với lưới sợi và giữa bê tông hạt mịn với bê tông nền. Các dầm được tăng cường lưới sợi PBO sử dụng bê tông hạt mịn có cường độ cao hơn sẽ có khả năng dính bám tốt hơn, từ đó, khai thác hiệu quả khả năng chịu kéo cao của lưới sợi.
Bửsche [19] nghiờn cứu ảnh hưởng của hàm lượng cốt thộp dọc trong dầm, và kết luận rằng khi hàm lượng cốt thép nhỏ, hiệu quả tăng cường sẽ lớn hơn đáng kể. Raoof [51]
nghiên cứu ảnh hưởng của mức nhiệt độ 150°C đến dầm được tăng cường bằng TRC và FRP. Kết quả thí nghiệm cho thấy, TRC làm tăng 55% sức kháng uốn cho dầm ở mức nhiệt độ này, trong khi FRP hoàn toàn mất đi hiệu quả chịu lực ở cùng điều kiện nhiệt độ.
1.3.2 Mô hình xác định sức kháng uốn
Hiện nay, một số mô hình xác định sức kháng uốn của dầm BTCT được tăng cường bằng TRC đã được nghiên cứu ([69], [12], [61]). Các mô hình này đều được xây dựng theo phương pháp trạng thái giới hạn, dựa trên nguyên tắc tương thích về biến dạng, với vật liệu TRC dính bám ngoài đóng vai trò như là cốt chịu lực ngoài [12]. Tuy nhiên, các mô hình này hầu như tập trung xác định khả năng chịu lực ở trạng thái giới hạn cường độ. Chưa có
các nghiên cứu tính toán đối với các giai đoạn làm việc khác: như giai đoạn chưa nứt, giai đoạn sau khi nứt, giai đoạn ở TTGH sử dụng v.v.
Theo chỉ dẫn của Hiệp hội bê tông Hoa Kỳ nêu trong ACI 549.4R-13 [12], sự phân bố biến dạng và ứng suất ở trạng thái giới hạn cường độ trên mặt cắt dầm được tăng cường được biểu diễn trên Hình 1.26. Chỉ dẫn này xem xét 2 dạng phá hoại chính của kết cấu được tăng cường sức kháng uốn bằng TRC, đó là phá hoại do bê tông bị nén vỡ và phá hoại do lưới sợi bị kéo đứt.
Hình 1.26 Trạng thái ứng suất – biến dạng của mặt cắt dầm được tăng cường bằng TRC [12]
Sự làm việc chịu uốn của dầm BTCT được tăng cường bằng TRC là khá rõ ràng, do đó các mô hình tính toán đều tương tự nhau. Điểm khác biệt chính giữa các nghiên cứu này là việc xác định biến dạng kéo thiết kế của cốt lưới dệt ở trạng thái giới hạn về cường độ.
Như đã trình bày ở Mục 1.2.5 , cường độ của lưới sợi tại trạng thái giới hạn cường độ được dự đoán sẽ thấp hơn khi làm việc trong hỗn hợp chất nền (bê tông hạt mịn) [20]. Nguyên nhân chính là tại vị trí mép vết nứt, các sợi cơ bản trên bề mặt bó sợi bị phá hoại trước khi ứng suất kéo trong sợi đạt tới cường độ chịu kéo (khi chịu kéo dọc trục). Một nguyên nhân nữa là do việc tăng ứng suất dính bám giữa các sợi đơn phía trong tại vị trí bó sợi bị uốn cong, làm tăng biến dạng giãn dài của các sợi cơ bản này, đặc biệt là khi hàm lượng cốt lưới dệt cao (Hình 1.27). Đồng thời, tại vị trí mép vết nứt xuất hiện các ứng suất cắt nhỏ, gây phá hoại nhanh chóng cho các bó sợi này. Vì các lý do này, biến dạng kéo có hiệu của cốt lưới dệt, fe , được giới hạn bởi biến dạng kéo giới hạn, fd , phụ thuộc vào các chỉ dẫn kỹ thuật khác nhau. Theo chỉ dẫn kỹ thuật của Mỹ ACI 549.4R-13 [12], fd0, 012 . Theo chỉ dẫn kỹ thuật của Đức Zulassung Z-31.10-182 [69], fd0, 0 07 8 .
33
Hình 1.27 Tỷ số ứng suất lúc phá hoại của bó sợi khi chịu kéo và chịu uốn [12]
Ứng suất kéo có hiệu của cốt lưới dệt đạt được khi phá hoại, ffe
f
fe =E
f fe
Sức kháng uốn của tiết diện được tính toán:
Hệ số sức khángđược xác định theo tiêu chuẩn ACI 318-11:
0,90
0,65
0,65
,đư ợc xác địn h:
(1.2)
(1.3)
(1.4)
Trong đó : t là biến dạng của cốt lưới dệt tương ứng biến dạng kéo cực hạn của cốt thép ứng với cường độ danh định và s y là biến dạng chịu kéo chảy của cốt thép. Chỉ dẫn của Hiệp hội bê tông Hoa Kỳ ACI 549.4R-13 [12]
khuyến cáo, cần giới hạn sức kháng uốn được tăng cường bằng TRC không được vượt quá 50% sức kháng uốn của kết cấu không tăng cường.