Luận án tiến sĩ về ứng xử cắt của dầm bê tông căng sau: Ảnh hưởng của các yếu tố chính và gia cường CFRP

• Tác giả: Võ Lê Ngọc Điền
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Minh Long
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Công Trình Dân Dụng và Công Nghiệp
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Yếu Tố Chính Đến Ứng Xử Cắt Của Dầm Bê Tông Căng Sau Với Cáp Không Bám Dính Và Gia Cường CFRP
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• TÓM TẮT LUẬN ÁN
• ABSTRACT
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN, MỤC TIÊU, Ý NGHĨA VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
• 1.1.1. Vật liệu FRP
• 1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng kháng cắt của dầm BTUST gia cường tấm FRP
• 1.1.2.1. Kiểu phá hoại
• 1.1.2.2. Ảnh hưởng cường độ bê tông
• 1.1.2.3. Ảnh hưởng cốt thép dọc
• 1.1.2.4. Ảnh hưởng cốt thép đai
• 1.1.2.5. Ảnh hưởng cáp ứng suất trước
• 1.1.2.6. Ảnh hưởng của thông số vật liệu FRP
• 1.1.2.7. Ảnh hưởng tỷ số nhịp cắt trên chiều cao làm việc dầm (a/de)
• 1.1.2.8. Ảnh hưởng phương pháp neo
• 1.1.3. Mô hình và các công thức xác định khả năng kháng cắt của dầm BTCT và BUST gia cường bằng vật liệu FRP
• 1.1.3.1. Mô hình và công thức tính khả năng kháng cắt của tấm FRP gia cường dầm BTCT
• 1.1.3.2. Mô hình và công thức tính khả năng kháng cắt của dầm BTUST gia cường bằng vật liệu FRP
• 1.2. MỤC TIÊU VÀ Ý NGHĨA NGHIÊN CỨU
• 1.2.1. Ý nghĩa nghiên cứu
• 1.2.1.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.2.1.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.3. NỘI DUNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU VÀ CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN
• 1.3.1. Nội dung nghiên cứu
• 1.3.2. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
• 1.3.3. Cấu trúc và tổ chức của luận án
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CHÍNH ĐẾN ỨNG XỬ CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG ỨNG SUẤT CĂNG SAU DÙNG CÁP KHÔNG BÁM DÍNH GIA CƯỜNG TẤM CFRP/GFRP
• 2.1. CHƯƠNG TRÌNH THỰC NGHIỆM
• 2.1.1. Cốt thép thanh
• 2.1.2. Cáp ứng suất trước
• 2.1.3. Tấm gia cường CFRP/ GFRP
• 2.1.4. Dầm thí nghiệm
• 2.1.5. Sơ đồ thử tải và bố trí thiết bị thí nghiệm
• 2.2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN CÁC THÔNG SỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ỨNG XỬ CẮT CỦA CÁC DẦM THÍ NGHIỆM
• 2.2.1. Hình thái vết nứt và kiểu phá hoại
• 2.2.2. Quan hệ lực và chuyển vị
• 2.2.3. Ảnh hưởng cường độ bê tông
• 2.2.4. Ảnh hưởng của quỹ đạo căng cáp
• 2.2.5. Ảnh hưởng của thông số tấm gia cường (loại tấm CFRP/GFRP, chiều dày và sơ đồ gia cường)
• 2.2.6. Ảnh hưởng của hệ neo
• 2.2.7. Ảnh hưởng của tỷ số nhịp cắt trên chiều cao làm việc của tiết diện dầm a/de
• 2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3: KIỂM CHỨNG CÁC CÔNG THỨC DỰ ĐOÁN KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT HIỆN CÓ CHO DẦM BÊ TÔNG ỨNG SUẤT CĂNG SAU DÙNG CÁP KHÔNG BÁM DÍNH GIA CƯỜNG TẤM CFRP/GFRP
• 3.1. KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT CỦA TẤM GIA CƯỜNG FRP CHO TRƯỜNG HỢP DẦM BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC
• 3.2. KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT CỦA DẦM BÊ TÔNG ỨNG SUẤT TRƯỚC ĐƯỢC GIA CƯỜNG TẤM FRP
• 3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• 4. CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC DỰ ĐOÁN KHẢ NĂNG KHÁNG CẮT CHO DẦM BÊ TÔNG ỨNG SUẤT CĂNG SAU DÙNG CÁP KHÔNG BÁM DÍNH GIA CƯỜNG TẤM CFRP/GFRP
• 4.1. ĐỀ XUẤT CÔNG THỨC
• 4.2. KIỂM CHỨNG MỨC ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CÔNG THỨC ĐỀ XUẤT
• 4.3. SO SÁNH ĐỘ CHÍNH XÁC CÔNG THỨC THIẾT KẾ ĐỀ XUẤT VÀ CÁC TIÊU CHUẨN KHÁC
• 4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về dầm bê tông và ứng xử cắt

Nghiên cứu về dầm bê tông là một lĩnh vực quan trọng trong kỹ thuật xây dựng. Đặc biệt, ứng xử cắt của dầm bê tông căng sau với cáp không bám dính và gia cường bằng CFRP/GFRP đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến ứng xử cắt bao gồm quỹ đạo căng cáp, cường độ bê tông, và tỷ số nhịp cắt trên chiều cao làm việc của dầm. Việc hiểu rõ các yếu tố này giúp tối ưu hóa thiết kế và nâng cao hiệu quả sử dụng của dầm bê tông trong các công trình xây dựng.

1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến ứng xử cắt

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các yếu tố chính như quỹ đạo căng cáp (thẳng và cong), cường độ bê tông (38, 55, và 73 MPa), và tỷ số nhịp cắt trên chiều cao làm việc của dầm có ảnh hưởng lớn đến khả năng kháng cắt. Cụ thể, quỹ đạo cáp cong làm giảm khả năng kháng cắt của dầm, trong khi cường độ bê tông cao giúp cải thiện đáng kể các chỉ số kháng cắt. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc lựa chọn đúng các thông số thiết kế trong công trình xây dựng.

II. Phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm

Luận án đã tiến hành một chương trình thực nghiệm trên 40 dầm UPC có tiết diện chữ T gia cường kháng cắt bằng tấm CFRP/GFRP. Các phương pháp thí nghiệm được thiết kế để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố như loại tấm gia cường, sơ đồ gia cường, và hệ neo. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng hệ neo mũi dù cải tiến giúp gia tăng khả năng kháng cắt của tấm CFRP/GFRP lên tới 118%. Điều này chứng tỏ rằng công nghệ gia cường có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của dầm bê tông trong các ứng dụng thực tế.

2.1. Thiết kế thí nghiệm

Chương trình thí nghiệm được thiết kế để kiểm tra các yếu tố như cường độ bê tông, loại tấm gia cường, và sơ đồ gia cường. Các dầm thí nghiệm được chia thành nhiều nhóm khác nhau để phân tích ảnh hưởng của từng yếu tố. Kết quả cho thấy rằng các phương pháp thí nghiệm này không chỉ giúp xác định khả năng kháng cắt mà còn cung cấp thông tin quý giá cho việc tối ưu hóa thiết kế dầm trong công trình xây dựng.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả gia cường kháng cắt của tấm CFRP/GFRP trong dầm UPC thấp hơn nhiều so với dầm bê tông cốt thép. Cụ thể, khả năng kháng cắt tối đa chỉ đạt 27% so với 75% của dầm bê tông cốt thép. Điều này cho thấy rằng việc sử dụng cáp không bám dính và gia cường CFRP/GFRP cần được xem xét kỹ lưỡng trong thiết kế dầm. Hơn nữa, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng quỹ đạo cáp cong làm giảm đáng kể khả năng kháng cắt, nhưng lại tăng khả năng biến dạng và hấp thụ năng lượng của dầm.

3.1. Phân tích kết quả

Phân tích các kết quả cho thấy rằng việc gia cường bằng CFRP/GFRP có thể cải thiện đáng kể khả năng biến dạng và hấp thụ năng lượng của dầm. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng hiệu quả kháng cắt không đạt được như mong đợi. Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến ứng xử cắt của dầm bê tông, nhằm tối ưu hóa thiết kế và nâng cao hiệu quả sử dụng trong thực tế.

IV. Đề xuất công thức dự đoán khả năng kháng cắt

Luận án đã đề xuất một công thức mới để dự đoán khả năng kháng cắt của dầm UPC gia cường tấm CFRP/GFRP. Công thức này được xây dựng dựa trên phương pháp giải tích, phản ánh gần hơn bản chất vật lý của kiểu phá hoại cắt. Kết quả kiểm chứng cho thấy công thức đề xuất cho kết quả gần với thực nghiệm hơn và có độ ổn định tốt hơn so với các công thức hiện có. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc thiết kế kháng cắt cho dầm bê tông trong tương lai.

4.1. So sánh với các công thức hiện có

Công thức đề xuất trong luận án này cho thấy sự vượt trội về độ chính xác so với các công thức từ ACI 440. Việc áp dụng công thức này không chỉ giúp cải thiện khả năng dự đoán mà còn hỗ trợ các kỹ sư trong việc thiết kế công trình xây dựng một cách hiệu quả hơn. Điều này chứng tỏ rằng nghiên cứu này có giá trị thực tiễn cao và có thể được áp dụng rộng rãi trong ngành xây dựng.