Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử dầm bê tông cốt thép chịu uốn bị hư hỏng do ăn mòn và gia cường ...

• Tác giả: Trần Hoài Anh
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Hoàng Giang
• Trường học: Trường Đại học Xây dựng Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng
• Đề tài: Nghiên cứu thực nghiệm ứng xử dầm bê tông cốt thép chịu uốn bị hư hỏng do ăn mòn được gia cường bằng tấm CFRP
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Lý do chọn đề tài
• 0.2. Mục đích nghiên cứu
• 0.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 0.4. Cơ sở khoa học
• 0.5. Phương pháp nghiên cứu
• 0.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
• 0.7. Những đóng góp mới của luận án
• 0.8. Nội dung và cấu trúc của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP BỊ ĂN MÒN TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN
• 1.1. Tổng quan về ăn mòn cốt thép trong kết cấu công trình
• 1.2. Cơ chế của ăn mòn cốt thép
• 1.3. Các giai đoạn của quá trình ăn mòn cốt thép
• 1.4. Những nguyên nhân chính gây ra ăn mòn cốt thép
• 1.5. Tổng quan về ứng xử uốn của kết cấu dầm BTCT bị ăn mòn
• 1.5.1. Trên thế giới
• 1.6. Tổng quan về sửa chữa và gia cường kết cấu BTCT bị ăn mòn
• 1.6.1. Các phương pháp sửa chữa và gia cường kết cấu BTCT bị ăn mòn
• 1.7. Cấu tạo của vật liệu FRP
• 1.8. Các đặc điểm của vật liệu FRP
• 1.9. Tình hình nghiên cứu gia cường kết cấu BTCT bằng tấm sợi FRP
• 1.10. Kết luận Chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ỨNG XỬ UỐN CỦA KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP BỊ ĂN MÒN
• 2.1. Thiết lập mô hình thí nghiệm gia tốc ăn mòn cốt thép
• 2.2. Mục đích thí nghiệm
• 2.3. Nguyên lý thí nghiệm
• 2.4. Mô hình thí nghiệm
• 2.5. Quy trình thí nghiệm
• 2.6. Thí nghiệm gia tốc ăn mòn cốt thép trên các mẫu thử
• 2.6.1. Vật liệu sử dụng
• 2.6.2. Áp dụng mô hình thí nghiệm gia tốc ăn mòn cốt thép
• 2.7. Kết quả thực nghiệm trên các mẫu thử
• 2.7.1. Xác định hệ số hiệu chỉnh định luật Faraday đối với mẫu thử BTCT
• 2.8. Thí nghiệm gia tốc ăn mòn cốt thép trên các mẫu dầm BTCT
• 2.8.1. Vật liệu sử dụng
• 2.8.2. Mẫu dầm thí nghiệm
• 2.8.3. Áp dụng mô hình thí nghiệm gia tốc ăn mòn cốt thép
• 2.8.4. Xác định mức độ ăn mòn cốt thép
• 2.9. Thực nghiệm ứng xử uốn của kết cấu dầm BTCT bị ăn mòn
• 2.9.1. Mục đích thí nghiệm
• 2.9.2. Quan hệ giữa tải trọng và độ võng
• 2.9.3. Phân tích ảnh hưởng của ăn mòn cốt thép dọc đến ứng xử uốn của dầm BTCT
• 2.9.4. Sơ đồ vết nứt bê tông trên dầm BTCT
• 2.9.5. Sơ đồ vết nứt bê tông do ăn mòn
• 2.9.6. Sơ đồ vết nứt bê tông do tải trọng
• 2.10. Kết luận Chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM GIA CƯỜNG CHỊU UỐN KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP BỊ ĂN MÒN BẰNG TẤM CFRP
• 3.1. Thực nghiệm gia cường chịu uốn dầm BTCT bị ăn mòn
• 3.1.1. Vật liệu sử dụng
• 3.1.2. Mẫu dầm gia cường
• 3.1.3. Quy trình gia cường chịu uốn dầm ăn mòn bằng tấm sợi CFRP
• 3.2. Thực nghiệm ứng xử uốn của dầm ăn mòn gia cường
• 3.2.1. Mục đích thí nghiệm
• 3.2.2. Quan hệ giữa tải trọng và độ võng
• 3.2.3. Phân tích kết quả thực nghiệm
• 3.2.4. Khả năng chịu lực của dầm ăn mòn gia cường
• 3.2.5. Độ võng của dầm
• 3.2.6. Dạng phá hoại của dầm ăn mòn gia cường
• 3.3. Kết luận Chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH PHI TUYẾN PHÂN TÍCH ỨNG XỬ UỐN CỦA KẾT CẤU DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP BỊ ĂN MÒN GIA CƯỜNG BẰNG TẤM CFRP
• 4.1. Tóm tắt chương trình thực nghiệm
• 4.2. Vật liệu và dầm thí nghiệm
• 4.3. Kết quả thực nghiệm
• 4.4. Mô hình phần tử hữu hạn phi tuyến
• 4.4.1. Định nghĩa phần tử
• 4.4.2. Mô hình vật liệu
• 4.5. Kiểm chứng mô hình PTHH
• 4.6. Nghiên cứu tham số
• 4.6.1. Cường độ nén bê tông, hàm lượng cốt thép và cường độ bám dính
• 4.7. Kết luận Chương 4
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• appendix.1. Tài liệu tiếng Việt
• appendix.2. Tài liệu nước ngoài

Tóm tắt

I. Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm là trọng tâm của luận án, tập trung vào việc đánh giá ứng xử uốn của dầm bê tông cốt thép (BTCT) bị ăn mòn trong môi trường ion clorua. Các thí nghiệm được thực hiện trên các mẫu dầm có kích thước 150x200x2200 mm, sử dụng bê tông cấp độ bền từ B30 đến B50 và cốt thép dọc CB300V. Phương pháp gia tốc ăn mòn điện hóa được áp dụng để mô phỏng quá trình ăn mòn trong thời gian ngắn. Kết quả cho thấy mức độ ăn mòn cốt thép ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chịu lực và độ võng của dầm.

1.1. Thiết lập mô hình thí nghiệm

Mô hình thí nghiệm được thiết kế để gia tốc ăn mòn cốt thép trong môi trường ion clorua. Các mẫu thử được chế tạo với kích thước tiêu chuẩn và sử dụng bê tông có cấp độ bền khác nhau. Quy trình thí nghiệm bao gồm việc đo lường khối lượng cốt thép trước và sau khi ăn mòn, xác định mức độ ăn mòn thực tế và so sánh với dự báo lý thuyết.

1.2. Kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm cho thấy mức độ ăn mòn cốt thép tăng theo thời gian và ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chịu lực của dầm. Các dầm bị ăn mòn có độ võng lớn hơn và tải trọng phá hoại thấp hơn so với dầm không bị ăn mòn. Điều này khẳng định tác động tiêu cực của ăn mòn đến kết cấu bê tông.

II. Gia cường dầm bằng tấm CFRP

Phần này tập trung vào việc gia cường dầm bị ăn mòn bằng tấm CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer). Vật liệu composite này được sử dụng để cải thiện khả năng chịu lực và giảm độ võng của dầm. Các thí nghiệm được thực hiện trên các dầm đã bị ăn mòn, với quy trình gia cường bao gồm việc làm sạch bề mặt, dán tấm CFRP và kiểm tra hiệu quả sau khi gia cường.

2.1. Quy trình gia cường

Quy trình gia cường bao gồm các bước làm sạch bề mặt dầm, chuẩn bị tấm CFRP, và dán tấm lên bề mặt dầm bằng keo epoxy. Quá trình này đảm bảo sự liên kết chặt chẽ giữa tấm CFRP và kết cấu bê tông, giúp tăng cường khả năng chịu lực của dầm.

2.2. Hiệu quả gia cường

Kết quả thí nghiệm cho thấy gia cường bằng tấm CFRP giúp cải thiện đáng kể khả năng chịu lực và giảm độ võng của dầm. Các dầm được gia cường có tải trọng phá hoại cao hơn và độ võng thấp hơn so với dầm không được gia cường. Điều này khẳng định hiệu quả của kỹ thuật gia cường bằng vật liệu composite.

III. Phân tích ứng xử của dầm

Phần này phân tích ứng xử uốn của dầm BTCT bị ăn mòn và dầm được gia cường bằng tấm CFRP. Các mô hình phần tử hữu hạn (PTHH) được sử dụng để mô phỏng và kiểm chứng kết quả thí nghiệm. Mô hình này giúp đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố như cường độ bê tông, hàm lượng cốt thép và lực bám dính đến ứng xử của dầm.

3.1. Mô hình phần tử hữu hạn

Mô hình PTHH được xây dựng để mô phỏng ứng xử uốn của dầm BTCT bị ăn mòn và dầm được gia cường bằng tấm CFRP. Mô hình này bao gồm các phần tử đại diện cho bê tông, cốt thép và tấm CFRP, cùng với các liên kết giữa chúng. Kết quả mô phỏng được so sánh với kết quả thí nghiệm để kiểm chứng độ chính xác.

3.2. Phân tích tham số

Phân tích tham số được thực hiện để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố như cường độ bê tông, hàm lượng cốt thép và lực bám dính đến ứng xử của dầm. Kết quả cho thấy các yếu tố này có ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chịu lực và độ võng của dầm, đặc biệt là trong trường hợp dầm bị ăn mòn.

IV. Ứng dụng thực tiễn

Luận án không chỉ mang lại giá trị học thuật mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong việc gia cố kết cấu bị ăn mòn. Công nghệ vật liệu sử dụng tấm CFRP được chứng minh là hiệu quả trong việc cải thiện khả năng chịu lực và kéo dài tuổi thọ của kết cấu xây dựng. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh các công trình ven biển và hải đảo tại Việt Nam đang đối mặt với vấn đề ăn mòn nghiêm trọng.

4.1. Giá trị khoa học

Luận án đóng góp vào việc hiểu rõ hơn về ứng xử của kết cấu bê tông bị ăn mòn và hiệu quả của gia cường bằng vật liệu composite. Các kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế và gia cố kết cấu trong môi trường khắc nghiệt.

4.2. Ứng dụng thực tế

Kỹ thuật gia cường bằng tấm CFRP có thể được áp dụng rộng rãi trong việc sửa chữa và gia cố kết cấu bị ăn mòn, đặc biệt là các công trình ven biển và hải đảo. Điều này giúp giảm thiểu chi phí bảo trì và kéo dài tuổi thọ công trình, góp phần phát triển bền vững kết cấu xây dựng tại Việt Nam.