Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu gia cường kết cấu bê tông cốt thép bằng tấm composite Chương này trình bày về hiện trạng hư hỏng cũng như tính cấp thiết của việc sửa chữa gia cường kết cấu bê tông cốt thép CTTL ở nước ta; tổng quan về một số giải pháp gia cường kết cấu bê tông cốt thép trong đó tập trung vào phương pháp dán lớp vật liệu composite; những tiến bộ trong nghiên cứu về ứng xử của kết cấu gia cường mà trọng tâm là sự làm việc chung giữa các lớp vật liệu cũ và vật liệu gia cường đã được thực hiện trong và ngoài nước. Chương 2: Cơ sở khoa học của việc gia cường kết cấu bê tông cốt thép bằng tấm compoiste. Chương này trình bày những ứng xử cơ bản của vật liệu bê tông cốt thép và nội dung của phương pháp số trong tính toán phân tích kết cấu BTCT. Để kiểm nghiệm kết quả tính toán với phương pháp số, một số tính toán so sánh với kết quả thực nghiệm được thực hiện.
Mục đích của việc tính toán này là chứng minh mô hình tính toán dự kiến sử dụng trong phạm vi luận án ở các chương tiếp theo là đúng đắn và hoàn toàn có thể thích hợp khi phân tích các công trình có kích thước trung bình và lớn dưới tác dụng của cả tải trọng tập trung và tải trọng phân bố. Chương 3: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả gia cường kết cấu BTCT bằng tấm composite 7 Trong phần này sẽ trình bày chương trình nghiên cứu thực nghiệm vật lý và nghiên cứu mô phỏng số về ứng xử của kết cấu bê tông cốt thép gia cường bằng tấm composite. Về nghiên cứu thực nghiệm, trình bày cơ sở để thiết kế các mẫu thí nghiệm, nội dung thí nghiệm và các bố trí đo đạc. Về nghiên cứu mô phỏng số, trình bày việc xây dựng các mô hình tính toán cũng như phương pháp mô phỏng số.
Các kết quả thu được từ thí nghiệm vật lý và mô phỏng số do nghiên cứu sinh thực hiện sẽ được tổng hợp phân tích và so sánh. Ngoài ra, một số kết quả thí nghiệm khác trên thế giới cho cấu kiện chịu tải trọng phân bố, cấu kiện có kích thước lớn, điều mà trong khuôn khổ luận án không có điều kiện thực hiện được, cũng sẽ được bổ sung nhằm đánh giá mô hình tính toán.Trên cơ sở đó khẳng định độ tin cậy của phương pháp tính cho trường hợp kết cấu bê tông cốt thép được gia cường bằng tấm composite cường độ cao, từ đó có thể tiến hành nghiên cứu ứng xử của kết cấu thực, đặc biệt cho các dạng chịu lực mà trong khảo sát vật lý chưa thể tiến hành được. Ngoài ra, chương này cũng trình bày kết quả nghiên cứu về sức kháng cắt của cấu kiện dạng tấm bản, được gia cường chịu uốn bằng phương pháp dán lớp vật liệu composite; đã xây dựng công thức tính sức kháng cắt nhằm giúp đơn giản hóa việc tính toán. Chương 4: Áp dụng kết quả nghiên cứu vào tính toán cho công trình thực tế Tính toán gia cường kết cấu BTCT bằng tấm composite đòi hỏi những phân tích đầy đủ để đạt được hiệu quả về mặt kỹ thuật - kinh tế.
Chương này trình bày quy trình tính toán gia cường kết cấu BTCT bằng tấm composite cho công trình thủy lợi. Để minh họa cho việc tính toán này, hai công trình điển hình là cống ngầm và cầu máng được lựa chọn với những tính toán cũng như đánh giá hiệu quả gia cường. Phần kết luận và kiến nghị: Tổng kết những nội dung chính, điểm mới và các kiến nghị quan trọng của luận án. Phần tài liệu tham khảo: 10 tài liệu bằng tiếng Việt, 77 tài liệu bằng tiếng Anh đã được sử dụng để hoàn thành luận án.
Phần phụ lục: Trình bày các bảng biểu, kết quả khảo sát phân tích số, dữ liệu thí nghiệm được sử dụng trong luận án. 8 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU GIA CƯỜNG KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP BẰNG TẤM COMPOSITE Chương này trình bày tổng quan về hiện trạng hư hỏng kết cấu bê tông cốt thép trong công trình thủy lợi (CTTL) ở nước ta, đồng thời về một số giải pháp gia cường kết cấu bê tông cốt thép trong đó tập trung vào phương pháp dán lớp vật liệu tấm composite cường độ cao. Những tiến bộ trong nghiên cứu về ứng xử của kết cấu gia cường, trong đó trọng tâm là sự làm việc chung giữa các lớp vật liệu cũ và vật liệu gia cường đã được thực hiện trong và ngoài nước.1 Hiện trạng hư hỏng kết cấu bê tông cốt thép CTTL ở Việt Nam 1. Phân loại các cấu kiện BTCT trong CTTL: * Phân loại cấu kiện BTCT theo mức độ sức huy động (khả năng chịu lực) của vật liệu: - Cấu kiện chịu uốn là cấu kiện cơ bản rất hay gặp trong thực tế xây dựng công trình thuỷ lợi; đó là các dầm, bản của cầu máng, cống lấy nước dưới đê, đập, kênh dẫn nước, dầm cầu công tác, giàn thả phai,.Các thành phần nội lực xuất hiện trong cấu kiện chịu uốn gồm có mô men uốn và lực cắt.
Về mặt hình dáng có thể chia cấu kiện chịu uốn ra hai loại: bản và dầm. Các bản làm việc theo một phương cũng được đưa về tính toán như dầm với bề rộng một đơn vị. Phạm vi nghiên cứu của đề tài luận án chỉ đi sâu vào nghiên cứu cấu kiện bản và dầm, chịu uốn thuần túy, và xuất hiện chủ yếu trong các CTTL sau: + Cống dưới đê đập (hở và kín); + Cầu máng mặt cắt chữ nhật (hở và kín); + Tường cánh, tường ngực; + Bản mặt trần cống, sàn cầu công tác, sàn tầng hầm nhà trạm bơm tưới tiêu, cầu giao thông trên cống hoặc tràn; + Dầm chịu lực phổ biến như dầm cầu công tác, dầm thả phai, dầm nhà trạm bơm tưới tiêu. 9 Trên cơ sở các số liệu thu thập được có thể đánh giá đặc điểm (hình dạng, lực tác dụng, hình thức bố trí cốt thép) của các kết cấu bản và dầm đã được sử dụng trong công trình thuỷ lợi ở trong nước như sau: * Các kết cấu bản thuần tuý: - Bản là kết cấu phẳng có chiều dầy khá bé so với chiều dài và chiều rộng.
Trong các kết cấu công trình thuỷ lợi, cụ thể là, đối với các kết cấu cầu máng loại vừa và nhỏ, chiều dày bản (thành và đáy máng) biến động trong khoảng từ 8cm đến 15cm; nhịp máng biến đổi từ 8m đến 10m. Đối với những cầu máng có nhịp lớn từ 15m đến 20m, chiều dày đáy và thành máng biến đổi từ 40m đến 60cm (điển hình như cầu máng tại K18+206 trên kênh chính Văn Phong - Hồ chứa nước Định Bình, tỉnh Bình Định). Vật liệu bê tông thường có mác từ 200 -300. - Lực tác dụng chủ yếu là áp lực ngang và đứng của nước, đất; ngoài ra còn có tải trọng bản thân, tải trọng gió, người đi lại,.
- Cốt thép trong bản gồm có cốt chịu lực và cốt phân bố bằng thép nhóm A-I, đôi khi là thép A-II. Cốt chịu lực đặt trong vùng chịu kéo do mô men gây ra.Số lượng cốt chịu lực được xác định theo tính toán và được thể hiện qua đường kính và khoảng cách giữa hai cốt cạnh nhau. Khoảng cách giữa trục hai cốt thép chịu lực, đặt trong vùng có mô men lớn, từ 15cm đến 20cm. Như vậy, các kết cấu bản thuần tuý được sử dụng chủ yếu ở các loại công trình: Cầu máng (thành và bản đáy), cống dưới đê đập (thành cống, trần cống, tường ngực), sàn cầu công tác, sàn nhà trạm bơm tưới tiêu.
* Các kết cấu dầm thuần tuý: - Dầm là cấu kiện mà chiều cao và chiều rộng của tiết diện ngang khá nhỏ so với chiều dài của nó. Tiết diện ngang của dầm có thể là chữ nhật, chữ T, chữ I, hình thang, hình hộp,. Thường gặp nhất là tiết diện chữ nhật và chữ T (phổ biến ở dầm thả phai, dầm cầu công tác, dàn van ở các cống và tràn xả lũ, dầm tầng hầm, nhà trạm bơm tưới tiêu). Nhịp dầm biến đổi từ 7m đến 9m, chiều cao dầm phụ thuộc vào đặc điểm làm việc của từng dầm.
- Cốt thép trong dầm gồm có cốt dọc chịu lực, cốt dọc cấu tạo, cốt đai và cốt xiên. Cốt dọc chịu lực đặt ở vùng kéo của dầm, đôi khi cũng có cốt dọc chịu lực đặt 10 tại vùng nén. Diện tích tiết diện ngang của chúng được xác định theo mô men uốn. Đường kính cốt dọc chịu lực thường từ d=10-25mm.
Hiện trạng hư hỏng kết cấu bê tông cốt thép trong CTTL: Hiện trạng hư hỏng của các kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) công trình thủy lợi như: cống dưới đê đập, cầu máng dẫn nước, các đường hầm tuy nen,…sau một thời gian sử dụng thường xuất hiện các vết nứt, rỗ bề mặt, bê tông bị bào mòn do dòng chảy, xuất hiện các hiện tượng nhũ vôi, hoặc hư hỏng ở các bộ phận nối tiếp giữa các kết cấu trong giai đoạn thi công. Có rất nhiều nguyên nhân gây ra vết nứt và hư hỏng như do co ngót, từ biến, cường độ chịu kéo kém của bê tông hoặc do chất lượng thi công kém… Hậu quả là xuất hiện dòng thấm, rò rỉ qua công trình, làm suy giảm khả năng chịu lực của công trình, và dẫn đến làm ảnh hưởng đến mức độ an toàn và quá trình khai thác, vận hành của công trình. Mặt khác, hiện nay việc nâng cấp, sửa chữa công trình đầu mối thủy lợi là một yêu cấp thiết đặt ra. Cụ thể là: gia cường kết cấu bê tông cốt thép của các công trình cống dưới đê, đập, các kết cấu cầu máng, công trình trên hệ thống kênh tưới,…; xử lý chống thấm tại các vết nứt, các vị trí khớp nối, khe co dãn bị hư hỏng… của các cống dưới đê đập.
Ở nước ta, có khoảng 7000 hồ chứa nước thủy điện và thủy lợi đã được xây dựng; trong đó, số lượng công trình được xây dựng cách đây từ 20-30 năm chiếm khoảng 80% và hầu hết các cống dưới đập đã có biểu hiện xuống cấp từ nhẹ đến nặng; mặt khác, đối với kết cấu cống dưới đê, đập, do nhu cầu nâng cấp mở rộng mặt cắt đê, đê kết hợp giao thông, hay các hồ chứa cần nâng cao trình đập để tăng dung tích trữ, làm gia tăng tải trọng lên công trình dẫn đến yêu cầu về sửa chữa, gia cường cống dưới đê đập ngày càng lớn.