Nghiên cứu ứng dụng tấm CFRP trong gia cường dầm thép

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu chung

1.2. Tính cấp thiết của đề tài

1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước

1.3.1. Nghiên cứu ngoài nước

1.3.2. Nghiên cứu trong nước

1.4. Mục tiêu nghiên cứu

1.5. Phạm vi, nội dung và phương pháp nghiên cứu

1.6. Vật liệu composite FRP

1.6.1. Cấu tạo và đặc trưng vật liệu composite CFRP

1.7. Kết luận chương

2. CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG ABAQUS TRONG MÔ PHỎNG BÀI TOÁN GIA CƯỜNG CFRP CHO DẦM THÉP

2.1. Tổng quan về Abaqus

2.2. Mô tả thí nghiệm (Theo Talat Salama and Ahmed [17])

2.2.1. Quy trình thực hiện thí nghiệm

2.2.2. Chuẩn bị chi tiết mẫu

2.2.3. Quá trình chuẩn bị gia cường

2.2.4. Thiết bị đo thông số thí nghiệm

2.2.5. Tiến hành thí nghiệm

2.2.6. Kết quả thí nghiệm

2.3. Mô phỏng bằng Abaqus và đối chiếu với kết quả thực nghiệm

2.3.1. Kỹ thuật lập mô hình

2.3.1.1. Các thành phần kết dính và mô hình vật liệu keo

2.3.1.2. Giới hạn bề mặt

2.3.2. Mô phỏng Abaqus từ kết quả thực nghiệm

2.3.2.1. Xây dựng mô hình ba chiều dầm chữ I

2.3.2.2. Xây dựng mô hình tấm CFRP

2.3.2.3. Khai báo vật liệu

2.3.2.3.1. Khai báo vật liệu thép

2.3.2.3.2. Vật liệu CFRP

2.3.2.4. Gán vật liệu cho phần tử dầm

2.3.2.5. Gán vật liệu cho phần tử CFRP

2.3.3. Ghép các phần tử

2.3.4. Chia mắt lưới cho đối tượng

2.3.5. Khai báo điều kiện biên

2.3.6. Khai báo bề mặt tương tác

2.3.7. Định nghĩa và gán tải trọng

2.3.8. Phân tích kết quả

2.3.9. Đánh giá kết quả giữa thí nghiệm và mô phỏng Abaqus

3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH THAM SỐ ẢNH HƯỞNG TRONG DẦM GIA CƯỜNG

3.1. Đối tượng mô phỏng trong mô hình 3D

3.2. Khảo sát tham số bằng Abaqus

3.2.1. Khảo sát chiều dài tấm gia cường và vị trí gia cường

3.2.1.1. Dầm thép gia cường tấm CFRP mép dưới cánh dưới (dầm 4m)

3.2.1.2. Dầm thép gia cường tấm CFRP mép dưới cánh dưới (dầm 6m)

3.2.1.3. Dầm thép gia cường tấm CFRP mép dưới cánh dưới (dầm 8m)

3.2.1.4. Dầm thép gia cường hai tấm CFRP mép trên cánh dưới – dầm 4 (L=4m)

3.2.1.5. Dầm thép gia cường hai tấm CFRP mép trên cánh dưới – dầm 4 (L=8m)

3.2.1.6. Dầm thép gia cường CFRP mép dưới và mép trên cánh dưới - dầm 5 (L=4m)

3.2.1.7. Dầm thép gia cường CFRP mép dưới và mép trên cánh dưới - dầm 5 (L=8m)

3.2.1.8. Dầm thép gia cường CFRP hai lớp mép dưới cánh dưới - dầm 6 (L=4m)

3.2.1.9. Dầm thép gia cường CFRP hai mép dưới cánh dưới - dầm 6 (L=8m)

3.2.2. Khảo sát chiều rộng tấm gia cường

3.2.3. Kết luận số liệu khảo sát tham số

4. CHƯƠNG 4: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN GIA CƯỜNG CẤU KIỆN DẦM CHỮ I

4.1. Giới thiệu chương

4.2. Phương pháp nghiên cứu

4.3. Bài toán ứng dụng

4.4. Tính toán thiết kế dầm gia cường

4.5. Tính toán thiết kế dầm không gia cường

4.6. Kiểm tra mô phỏng ABAQUS so sánh kết quả với lý thuyết

5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan

Trong bối cảnh phát triển của ngành xây dựng, việc gia cường kết cấu thép trở thành một nhu cầu cấp thiết. CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) đã được nghiên cứu và ứng dụng như một giải pháp hiệu quả để cải thiện khả năng chịu lực của dầm thép. Việc sử dụng tấm CFRP không chỉ giúp khắc phục các vấn đề do ăn mòn và lão hóa mà còn tăng cường độ bền cho kết cấu. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích và đánh giá hiệu quả của vật liệu composite trong việc gia cường dầm thép. Theo đó, các phương pháp gia cường truyền thống như hàn bù hay thay thế phần hư hỏng thường gặp nhiều hạn chế, trong khi CFRP mang lại nhiều lợi ích vượt trội như trọng lượng nhẹ, khả năng chống ăn mòn và dễ dàng thi công.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Sự xuống cấp của các công trình xây dựng bằng thép do tác động của môi trường và thời gian là một vấn đề nghiêm trọng. Nhu cầu sửa chữa và gia cường các kết cấu này ngày càng tăng, đặc biệt là trong các công trình dân dụng và công nghiệp. Việc áp dụng CFRP trong gia cường không chỉ giúp phục hồi khả năng chịu lực mà còn giảm thiểu khối lượng bản thân của kết cấu. Nghiên cứu này nhằm tìm ra phương pháp tối ưu để ứng dụng CFRP trong gia cường dầm thép, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng và tuổi thọ của công trình.

II. Ứng dụng CFRP trong gia cường dầm thép

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng CFRP trong gia cường dầm thép có thể cải thiện đáng kể khả năng chịu lực của kết cấu. Các thí nghiệm và mô phỏng bằng phần mềm Abaqus cho thấy rằng tấm CFRP có thể tăng cường khả năng chịu tải trọng lên đến 90%. Phương pháp này không chỉ đơn giản trong thi công mà còn tiết kiệm thời gian và chi phí. CFRP có khả năng chống lại sự ăn mòn và tác động của môi trường, điều này rất quan trọng trong các công trình xây dựng ở khu vực có khí hậu khắc nghiệt. Việc áp dụng CFRP cũng giúp giảm thiểu các ứng suất phụ trong kết cấu, từ đó bảo đảm tính ổn định và an toàn cho công trình.

2.1. Phương pháp gia cường

Phương pháp gia cường bằng CFRP bao gồm việc dán tấm CFRP lên bề mặt của dầm thép. Quy trình này yêu cầu chuẩn bị bề mặt kỹ lưỡng để đảm bảo độ bám dính tối ưu. Các thí nghiệm cho thấy rằng việc dán tấm CFRP ở các vị trí chiến lược có thể tối ưu hóa khả năng chịu lực của dầm thép. Hơn nữa, việc sử dụng CFRP giúp giảm thiểu khối lượng và tăng tính linh hoạt cho thiết kế kết cấu, điều này rất quan trọng trong các công trình hiện đại.

III. Kết quả nghiên cứu và phân tích

Kết quả từ các thí nghiệm cho thấy rằng CFRP có thể cải thiện đáng kể khả năng chịu lực của dầm thép. Các mô hình phân tích số liệu cho thấy sự tương quan chặt chẽ giữa độ dày của tấm CFRP và khả năng chịu tải trọng của kết cấu. Việc sử dụng CFRP không chỉ giúp khôi phục khả năng chịu lực mà còn tăng cường độ bền cho kết cấu. Các số liệu thu thập được từ thí nghiệm và mô phỏng cho thấy rằng CFRP là một giải pháp khả thi và hiệu quả cho việc gia cường dầm thép trong ngành xây dựng.

3.1. Đánh giá hiệu quả

Đánh giá hiệu quả của việc sử dụng CFRP trong gia cường dầm thép cho thấy rằng phương pháp này không chỉ cải thiện khả năng chịu lực mà còn kéo dài tuổi thọ của kết cấu. Các kết quả cho thấy rằng việc áp dụng CFRP có thể giảm thiểu chi phí bảo trì và sửa chữa trong tương lai. Hơn nữa, việc sử dụng CFRP cũng giúp tăng cường tính bền vững cho các công trình xây dựng, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về an toàn và hiệu quả trong ngành xây dựng.

Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Nghiên cứu sử dụng tấm CFRP để gia cường kết cấu dầm thép