mở đầu của luận văn nêu lên lý do thực hiện dé tài, mục đích nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa nghiên cứu và cấu trúc của luận văn. Chương 2 trình bày tổng quan nghiên cứu gia cường kết câu bang vật liệu FRP cũng như tong quan nghiên cứu về tương tác giữa kết cầu và đất nền (SSI). Theo đó, vật liệu gia cường FRP va SSI được giới thiệu tong quát, các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về gia cường FRP, cũng như SSI được trình bày trong chương này. Chương 3 nêu lên các cơ sở lý thuyết chính được sử dụng trong luận văn bao gồm các đặc trưng của SSI, các mô hình ứng suất — bién dạng của vật liệu, quan hệ momen — góc xoay của tiết diện BTCT, mô hình ứng xử trễ của cau kiện BTCT, mô hình phân tích phi tuyến và mô hình phân tích hư hại.
Chương 4 của luận văn là mô hình phân tích, trong chương này mô tả các khung BTCT được sử dụng trong kiểm chứng mô hình va phân tích phi tuyến theo lịch sử thời gian. Mô hình gia cường kháng nở hông cho khung băng FRP, mô hình phân tích SSI va các băng gia tốc được lựa chọn dé sử dụng trong phân tích phi tuyến theo lịch sử thời gian cũng được trình bày cụ thể trong chương này. Chương 5 trình bày kết quả phân tích hư hại các khung BTCT chịu động đất được gia cường kháng nở hông bằng FRP so với khung không được gia cường, từ việc nhận xét các kết quả nhận được nghiên cứu dé xuất loại vật liệu FRP phù hợp với gia cường kháng nở hông cho khung BTCT. Ảnh hưởng của SSI đến các khung BTCT gia cường FRP cũng được đánh giá trong chương nảy, thông qua các kết quả nhận được từ phân tích hu hại khung BTCT gia cường chịu động đất có và không có xét đến SSI với các vận tốc sóng cat khác nhau.
Chương 6 của luận văn là kết luận, nêu lên các kết qua đạt được trong nghiên cứu và kiến nghị những hướng nghiên cứu mới trong tương lai. Mục tài liệu tham khảo trong luận văn trích dẫn các tài liệu liên quan phục vụ cho mục đích nghiên cứu của đê tài. Giới thiệu chung Động đất là một thảm họa tự nhiên gây ra những thiệt hại vô cùng lớn về tính mạng con người và kinh tế xã hội. Trong quá khứ, thế giới đã đối diện với những trận động đất hủy diệt với cường độ dia chan rất lớn (hơn 8.0 độ Richter) và gan đây nhất là trận động đất Tohoko tại miền Bắc Nhật Bản vào năm 2011, với cường độ địa chấn lên đến 9.1 độ Richter đã gây ra sóng than, lở đất ở nhiều nơi.
Số người thiệt mạng do trận động đất lên đến hơn 15.000 người bị thương, hơn 125.000 công trình nhà ở bị hư hại hoặc phá hủy hoàn toàn. Một trận động đất khác cũng có cường độ tương tự đó là trận động đất xảy ra ở hòn đảo Sumatra thuộc Indonesia vào năm 2004. Trận động đất đã dẫn đến một trận sóng than dữ dội tác động đến 12 nước xung quanh biến An Độ Dương. Số người thiệt mạng được đưa ra là hơn 131.000 người bị mat tích, 80.000 ngoi nha bi hu hai nang nề hoặc bị phá hủy hoàn toàn.
Coburn và các cộng sự [3], đã tiến hành một nghiên cứu về các trận động đất xảy ra trên thế giới từ năm 1990 đến 1992. Nghiên cứu của ông đã cho thấy có đến gần 75% các trường hop tử vong khi động đất xảy ra là do sự sụp đồ của công trình. Trong đó, trường hợp tử vong do sự sụp đồ của các công trình BTCT chiếm 7% tổng số trường hợp tử vong do sự sụp đồ công trình. Điều đó dẫn đến cần phải thiết kế kháng chan cho các công trình ở những khu vực thường xuyên xảy ra động đất.
Tuy nhiên, trong các tiêu chuẩn thiết kế động đất như NEHRP-97 [4] hay ASCE 7-10 [5], tương tác giữa đất nền và kết cau có thé bỏ qua hoặc giảm lực cắt đáy vì SSI được xem là có lợi dựa trên các nghiên cứu ảnh hưởng của SSI đối với hệ một bậc tự do. Điều đó có thé dẫn đến phản ứng được phân tích ra không phải là phản ứng thực tế của công trình khi động đất xảy ra. Vì vậy, ảnh hưởng của SSI đến phản ứng của các kết câu chịu động đất cần phải được nghiên cứu và đánh giá một cách kỹ càng, đặc biệt là đối với các công trình được xây dựng trên các vùng đất yếu. Bên cạnh đó, nhiều công trình hiện hữu được thiết kế theo các tiêu chuẩn cũ không đáp ứng được yêu cau về kháng chan theo các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành, cần được gia cường để có thể đáp ứng được các yêu cầu về kháng chân, hoặc đối với những kết cầu bị hư hại ở mức độ có thể sửa chữa, cải tạo được cũng cần được sửa chữa và gia cô dé đủ khả năng chịu lực khi động đất xảy ra.
Bên cạnh những giải pháp gia cường băng các vật liệu truyền thong thì gia cường bang vật liệu FRP đã thể hiện nhiều ưu điểm noi bật va đáp ứng được nhiêu yêu câu vé gia cường cua công trình. Tổng quan nghiên cứu gia cường kết cau bằng vật liệu FRP Ngày nay, các trận động đất diễn ra ngày càng nhiều với cường độ ngày càng mạnh hơn. Trong khi đó, các công trình hiện hữu được thiết kế theo các tiêu chuân cũ không đáp ứng được khả năng chịu lực khi động đất xảy ra. Việc gia cường cho các công trình không đủ khả năng chịu lực thay cho việc phá dỡ và xây mới công trình là một giải pháp đáp ứng được điều kiện về kinh tế và ngày càng được quan tâm hơn.
So với các giải pháp gia cường băng những vật liệu truyền thống như dùng các thép hình gia cường bên ngoài kết cau, tăng tiết diện cột, gia cường băng cáp dự ứng lực, hay gia cường bang hệ giang. thì việc gia cường băng vật liệu FRP đã thé hiện những ưu điểm nổi bật. Những ưu điểm của việc gia Cường bang FRP có thé kế đến là: (1) FRP rất nhẹ, nên việc gia cường băng tắm FRP không đòi hỏi các thiết bị thi công đặc biệt hay thiết bị nâng để lắp đặt; (2) công nghệ thi công đơn giản giúp tiết kiệm về nhân công và thời gian thi công: (3) độ bền cao, cường độ chịu kéo lớn, không bị ăn mòn; (4) phần gia cường không chiếm không gian kiến trúc. FRP là vật liệu tong hợp được cau thành từ 2 thành phân chính: Polymer và sợi gia cường.
Polymer có chức năng liên kết các sợi, phân phối đều lực giữa các sợi và là lớp bảo vệ các sợi gia cường khỏi sự ăn mòn của các tác nhân bất lợi bên ngoài môi trường, gom các loại như: Polyester, Exposy, Phenolic, Vinylester. Soi gia cường quyết định cường độ và độ cứng của tắm FRP là thành phan chịu lực chính, được phân loại dựa trên vat liệu tạo thành sợi: e Soi Cacbon (CFRP), Hình 2.2a: thường được su dụng dưới các dạng như tam dan, dét, cac day gom cac loai soi nhu: SM (Standard modulus), HS (High Strength), UHS (Ultra High Strength), HM (High Modulus), UHM (Ultra High Moduls). Với các đặc trưng vat ly như sợi có màu đen, được san xuất trong nhiệt độ khoảng 1200- 2400 °C, hệ số giản nở do nhiệt theo chiều dọc rất thấp và không bị xâm thực bởi môi trường. e Soi Aramid (AFRP), Hình 2.2b: Các đặc trưng vật lý của sợi là sợi có màu vàng, hệ SỐ giản nở do nhiệt theo chiều dọc rất thấp, nhiệt độ nóng chảy của sợi rất thấp khoảng 425 °C, độ hút 4m cao nên chi được sử dụng trong các môi trường khô ráo, có tính tự mài mòn.
e Soi thủy tinh (GFRP), Hình 2.2c: thành phan chủ yếu của sợi là SiO2, gồm các loại sợi như: E, A, C, AR, S. Các đặc trưng vật lý của sợi là sợi có màu trắng sang, được sản xuất ở nhiệt độ khoảng 1400 °C, cách nhiệt va cách điện; sợi thủy tinh dễ bị xâm thực trong môi trường kiêm, muôi. Vật liệu FRP có ứng xử đàn hôi, không có giai đoạn chảy dẻo trước khi bị phá hủy. Cường độ chịu kéo và độ dẻo dai của vật liệu phụ thuộc chủ yếu vào kiểu sợi, hướng sợi và chất lượng sợi.
Ứng xử kéo của vật liệu này được biểu diễn băng quan hệ ứng suất — biến dạng tuyến tính đến khi phá hoại. Vì các sợi trong vật liệu tong hop FRP là thành phan chịu lực chính nên kiểu cốt sợi, chiều sắp xếp của cốt sợi, lượng cốt sợi và phương pháp chế tạo cũng ảnh hưởng đến đặc tính của vật liệu này. Một số chỉ tiêu cơ lý của các loại sợi được trình bày trong Bảng 2.1 dưới day: Bảng 2. Đặc trung cơ ly cua vat liệu FRP [6].
Thép CFRP GFRP AFRP Cuong đồ Keo | 483 + 690 | 1380 + 6200 | 1860 +4140 | 3440 + 4140 (MPa) Mô dun đàn hoi 200 220 + 690 69 + 90 69 + 124 (GPa) Khôi lượng riêng | 7 gs 12-21 | 15416 | 12415 (g/cm) Biến dạng tối đa (%) 6+ 12 02+ 1.5 Có thé thay, vật liệu FRP có khối lượng riêng nhẹ hon va khả năng biến dạng nhỏ hơn cốt thép, tuy nhiên lại có cường độ chịu kéo lớn hơn nhiều so với cốt thép. Trong 3 loại FRP thì GFRP có mô đun thấp nhất, sau đó đến AFRP rồi đến CFRP. Tuy có cường độ chịu kéo cao, nhưng về mặt chịu nén, FRP khá thấp, với dạng sợi vải thì hầu như không có chịu nén, chỉ một số vật liệu FRP dạng thanh thì có khả năng chịu nén. Một trong những ứng dụng của FRP là được sử dụng để gia cường kháng nở hông cho kết cầu đã được nhiều tác giả trong và ngoài nước nghiên cứu.
Vào năm 2002, Sheikh và Yau [7] đã thực hiện thí nghiệm trên 6 cột tròn được gia cường thêm băng CFRP hoặc GFRP chịu tác dụng của tải trọng dọc trục không đổi theo thời gian. Kết quả thí nghiệm cho thay su gia tang vé cường do, độ dẻo cũng như sự hấp thụ năng lượng của các cột được gia cường FRP so với cột không gia cường. Tiếp đó vào năm 2003, Iacobucci và cộng sự [8] đã tiến hành nghiên cứu thực nghiệm lay 8 mẫu cột BTCT dai diện cho các cột của các công trình được xây dựng trước năm 1971. Các mẫu cột đại diện này được đánh giá là không đáp ứng được khả năng chịu tải động đất quy định trong các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành.