ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- LÊ NGUYỄN BÁ PHÚC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM GIA CƯỜNG FRP KHÁNG NỞ HÔNG CHO KHUNG BÊ TÔNG CỐT THÉP BỊ CHÁY Experimental study on fire-exposed reinforced concrete frames strengthened by FRP confinement Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số ngành : 60580208 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2020 CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : PGS.
Cao Văn Vui Chữ ký:…………………. Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Nguyễn Phú Cường Chữ ký:………………… Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Nguyễn Hồng Ân Chữ ký:………………… Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày 09 tháng 01 năm 2020 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm: 1. Nguyễn Văn Hiếu - Chủ tịch Hội đồng 2. Trần Minh Thi - Thƣ ký 3. Nguyễn Phú Cƣờng - Ủy viên (Phản biện 1) 4.
Nguyễn Hồng Ân - Ủy viên (Phản biện 2) 5. Nguyễn Tấn Cƣờng - Ủy viên CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: LÊ NGUYỄN BÁ PHÚC MSHV: 1770282 Ngày, tháng, năm sinh: 06/07/1993 Nơi sinh: Vĩnh Long. Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp Mã số: 60580208 TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu thực nghiệm gia cường FRP kháng nở hông cho khung bê tông cốt thép bị cháy I. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : 1.
Nghiên cứu thực nghiệm khả năng kháng nở hông cho khung bê tông cốt thép bị cháy gia cƣờng bằng FRP. Khảo sát thực nghiệm khung bê tông cốt thép bị cháy. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19/08/2019 III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 09/01/2020 IV.
HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. Cao Văn Vui Tp. HCM, ngày 09 tháng 01 năm 2020 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BAN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) PGS. Cao Văn Vui TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG (Họ tên và chữ ký) LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp nằm trong hệ thống bài luận cuối khóa nhằm trang bị cho học viên cao học khả năng tự nghiên cứu, biết cách giải quyết những vấn đề cụ thể đặt ra trong thực tế xây dựng… Đó là trách nhiệm và niềm tự hào của mỗi học viên cao học.
Để hoàn thành luận văn này, ngoài sự cố gắng và nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận đƣợc sự giúp đỡ nhiều từ tập thể và các cá nhân. Tôi xin ghi nhận và tỏ lòng biết ơn tới tập thể và các cá nhân đã dành cho tôi sự giúp đỡ quý báu đó. Đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS. Thầy đã đƣa ra gợi ý đầu tiên để hình thành nên ý tƣởng của đề tài, góp ý cho tôi rất nhiều về cách nhận định đúng đắn trong những vấn đề nghiên cứu, cách tiếp cận nghiên cứu hiệu quả.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ thuật Xây dựng, trƣờng Đại học Bách Khoa Tp.HCM đã truyền dạy những kiến thức quý giá cho tôi, đó cũng là những kiến thức không thể thiếu trên con đƣờng nghiên cứu khoa học và sự nghiệp của tôi sau này. Luận văn thạc sĩ đã hoàn thành trong thời gian quy định với sự nỗ lực của bản thân, tuy nhiên không thể không có những thiếu sót. Kính mong quý Thầy Cô chỉ dẫn thêm để tôi bổ sung những kiến thức và hoàn thiện bản thân mình hơn. Xin trân trọng cảm ơn.
HCM, ngày 09 tháng 01 năm 2020 LÊ NGUYỄN BÁ PHÚC i TÓM TẮT Luận văn này trình bày kết quả nghiên cứu thực nghiệm gia cƣờng FRP kháng nở hông cho khung bê tông cốt thép (BTCT) bị cháy. Thí nghiệm đƣợc thực hiện cho 3 khung BTCT tỷ lệ thực. Trong đó, 01 khung BTCT không bị cháy đƣợc dùng làm khung đối chứng và 02 khung BTCT bị cháy trong thời gian lần lƣợt là 45 phút và 75 phút. Hai khung BTCT bị cháy đƣợc gia cƣờng kháng nở hông bằng tấm CFRP.
Các khung thí nghiệm sẽ đƣợc gia tải ngang cho tới khi bị phá hoại. Kết quả thí nghiệm của khung BTCT bị cháy có gia cƣờng FRP với khung đối chứng. Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, khung bê tông cốt thép bị suy giảm khả năng chịu lực đáng kể khi bị cháy. Sự phát triển của vết nứt cũng nhƣ bong tróc bê tông không những phụ thuộc vào thời gian bị cháy mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ khi cháy.
Tại các vị trí đƣợc gia cƣờng kháng nở hông bằng FRP, sự phá hoại không xảy ra và FRP không bị bong tách hay bị nứt. Tuy nhiên, sự phá hoại tập trung ở các vị trí liên kết tại chân cột. Với thiết kế gia cƣờng 2 lớp nhƣ trong luận văn, khả năng chịu lực đƣợc phục hồi ở một mức độ nhất định, nhƣng cũng không thể ngăn cản sự phá hoại ở các vị trí đó và sự phục hồi cũng không hoàn toàn về khung ban đầu. Độ cứng của khung bị cháy sau khi đƣợc gia cƣờng kháng nở hông bằng FRP đƣợc phục hồi nhƣng không hoàn toàn.
Do khung đƣợc thiết kế theo nguyên lí dầm yếu cột khỏe nên khi gia tải thì khung bị phá hoại chủ yếu ở vị trí khớp dẻo của dầm còn ở khớp dẻo của cột thì bị phá hoại ít hơn. ii ABSTRACT This thesis presents the experimental results on fire-exposed reinforced concrete (RC) frames strengthened by FRP confinement. The experiment cwas conducted on three full-scale RC frames. One of these frames was not exposed to fire to use as control frame while the other two frames were subjected fire with the durations of 45 minutes and 75 minutes.
The two fire-exposed RC frames were retrofitted by CFRP confinement. All these frames were subjected to lateral load until failure. The experimental results of the fire-exposed RC frames retrofitted by CFRP confinement were then compared with that of the control frame. The experimental results showed that the lateral load-carrying capacity of fire-exposed RC frames reduced substantially.
The duration of fire and the temperature were the two important parameters which significantly governed the cracks and spalling of concrete. At the location of CFRP confinement, the failure did not occur. However, the failure occurred mainly at the column bottom ends. With the retrofitting design with two layers in this thesis, the lateral load carrying capacity can be recoverable but not fully recoverable to the load-carrying capacity of the control frame.
Because the frames were designed based on “weak beam-strong column”, the failure of the frames were mainly at the column bottom ends and at the plastic hinges of beam. iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công việc do chính tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của Thầy PGS. Cao Văn Vui Các kết quả trong Luận văn là đúng sự thật và chƣa đƣợc công bố ở các nghiên cứu khác. Tôi xin chịu trách nhiệm về công việc thực hiện của mình.
HCM, ngày 09 tháng 01 năm 2020 LÊ NGUYỄN BÁ PHÚC iv MỤC LỤC CHƢƠNG 1. Lý do thực hiện đề tài. Mục đích nghiên cứu. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.
Ý nghĩa nghiên cứu. Cấu trúc luận văn. Giới thiệu chung. Tình hình nghiên cứu.
Tình hình nghiên cứu ở nƣớc ngoài. Tình hình nghiên cứu ở trong nƣớc. CHƢƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM. Vật liệu Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP).
Chế tạo khung bê tông cốt thép. Quá trình thi công khung thí nghiệm. Giải phóng mặt bằng và định vị tim cột. Thi công dầm dọc chống lật.
Thi công dầm ngang. Thi công cột. Thi công dầm. Thi công hồ thi công hồ chứa dầu.
Đốt khung thí nghiệm cháy bê tông cốt thép. Quá trình chuẩn bị trước khi đốt thí nghiệm. Tiến hành thí nghiệm. Gia cƣờng kháng nở hông FRP cho khung bê tông cốt thép bị cháy.
Công tác chuẩn bị. Tiến hành thi công gia cường FRP cho khung bê tông cốt thép bị cháy. Gia tải lên khung thí nghiệm bê tông cốt thép. Công tác chuẩn bị.
Quá trình gia tải cho khung thí nghiệm. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU. Kết quả thí nghiệm cháy. Kết quả thí nghiệm cháy 45 phút.
Kết quả thí nghiệm cháy 75 phút. Kết quả thí nghiệm gia tải khung không bị cháy. Kết quả thí nghiệm gia tải khung bị cháy 45 phút có gia cƣờng FRP. Kết quả thí nghiệm gia tải khung bị đốt 75 phút có gia cƣờng FRP.
Phân tích kết quả. Phân tích kết quả khung không bị cháy F-0 sau khi gia tải. Phân tích kết quả khung bị cháy 45 phút có gia cường FRP. Phân tích kết quả khung bị cháy 75 phút có gia cường FRP.
So sánh kết quả. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .75 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 3.1 Hình vật liệu dùng trong công tác xây dựng.2 Hình keo Carbotex Impreg.3 Hình kích thước mẫu khung thí nghiệm.4 Hình mặt cắt khung có bố trí hồ chứa dầu .5 Hình mặt cắt khung có bố trí vách ngăn bao che .6 Hình mặt bằng hồ đựng dầu .7 Hình giải phóng mặt bẳng và định vị.8 Hình thi công dầm dọc chống lật.9 Hình gia công thép và lắp ván khuôn dầm ngang.10 Hình đổ bê tông dầm ngang.11 Hình thi công hoàn thành dầm ngang.12 Hình lắp dựng cốt thép cột.13 Hình lắp dựng ván khuôn cột.14 Hình đổ bê tông cột.15 Hình tháo ván khuôn và lắp dựng cột tiếp theo.16 Hình thi công hoàn thành các cột.17 Hình gia công thép và lắp dựng ván khuôn dầm giằng cột.18 Hình đổ bê tông dầm giằng cột.19 Hình tháo ván khuôn và thi công tiếp các dầm còn lại.20 Hình xây thành hồ chứa dầu.21 Hình láng đáy hồ chứa bằng bê tông.22 Hình quét chống thấm cho hồ chứa dầu.23 Hình thi công vách bao che khu thí nghiệm.24 Hình đánh dấu số hiệu lên khung thí nghiệm.25 Hình vận chuyển và xếp củi vào khu vực thí nghiệm.26 Hình mồi lửa cho khu thí nghiệm.27 Hình bắn súng đo nhiệt độ khi bắt đầu cháy của khu vực thí nghiệm.28 Hình tấm FRP được sử dụng để gia cường.29 Hình dụng cụ thi công gia cường FRP.30 Hình dùng máy mài bê tông làm phẳng bề mặt bê tông .31 Hình các vị trí cần gia cường FRP.32 Hình gia cường FRP ở cột.33 Hình gia cường FRP ở dầm.34 Hình kiểm tra lại các vị trí đã gia cường FRP.35 Hình sơ đồ hệ khung thép gia tải.36 Hình kích thủy lực và chuyển vị kế sử dụng.37 Hình lắp kích thủy lực vào khung gia tải.38 Hình lắp dựng hoàn thiện trước khi gia tải.