ĐẶT VẤN ĐỀ thép dọc chịu lực trong cột, cũng như khả năng chịu lực của cột, mà chưa đề cập tường minh đến ảnh hưởng sự ăn mòn của cốt đai, hoặc của cả cốt dọc và cốt đai (thường thì cốt đai bị ăn mòn sớm hơn so với cốt dọc do có lớp bê tông bảo vệ mỏng hơn). Thực tế, cốt đai trong cột nếu được thiết kế ở dạng cốt đai xoắn hoặc với một hàm lượng đủ lớn, hiệu ứng bó hông trong cốt đai tham gia vào việc cải thiện khả năng chịu nén của cột là rất đáng kể. Sự tương tác giữa cốt đai bị ăn mòn và lưới sợi FRP gia cường bó hông, có ảnh hưởng như thế nào đến hiệu quả gia cường của lưới sợi FRP, và khả năng chịu lực của cột rất cần được làm sáng tỏ, để từ đó giúp cho việc tính toán thiết kế được đầy đủ và an toàn hơn. Ngoài ra, các nghiên cứu hiện có cũng chưa làm rõ được phương án sửa chữa hợp lý ứng với từng mức độ ăn mòn khác nhau của cốt thép dọc trong cột.
Vấn đề này thật sự quan trọng cho việc đề xuất cấu hình gia cường lưới sợi FRP hợp lý (hàm lượng và phương án dán), từ đó làm giảm giá thành thi công. Bên cạnh đó, vấn đề ảnh hưởng tương tác giữa cốt thép dọc, cường độ bê tông và tấm FRP gia cường dán dọc, đến hiệu quả gia cường của tấm FRP gia cường bó hông, cũng như ứng xử của cột BTCT được gia cường bó hông và dán dọc bằng tấm FRP vẫn chưa được trình bày tường minh. Các tương tác này cần được lượng hóa một cách tường minh và đầy đủ hơn nữa, nhằm giúp cho việc xây dựng các mô hình dự đoán khả năng chịu lực của cột BTCT gia cường tấm FRP, thể hiện được bản chất vật lý của vấn đề hơn, đặc biệt là trường hợp cột BTCT đã bị hư hỏng. Sự thiếu hụt lớn của các số liệu nghiên cứu trong những vấn đề vừa nêu trên, có thể là nguyên nhân chính dẫn đến việc thiếu vắng hoàn toàn các điều khoản tính toán cụ thể, dành cho cấu kiện cột BTCT có cốt thép chịu lực bị ăn mòn trong các tiêu chuẩn thiết kế gia cường kết cấu dùng vật liệu FRP hiện hành như: [13], [14] và [15].
Việc áp dụng một cách máy móc các điều khoản trong các tiêu chuẩn thiết kế gia cường hiện hành, cho trường hợp của cột BTCT có cốt thép chịu lực còn nguyên, có thể dẫn đến các dự đoán chưa phù hợp về hiệu quả gia cường lưới sợi CFRP và làm giảm đi mức độ tin cậy của thiết kế. 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC 2.
Các nghiên cứu về ứng xử nén đúng tâm của cột BTCT được gia cường bằng tấm FRP Các nghiên cứu về việc sử dụng tấm FRP để gia cường bó hông cho cột BTTC bắt đầu vào nhưng năm 1990s cho đến gần đây, năm 2015 như của [16], [17], [18], [5], [19], [20] , [21] , [22], [23]. Các nghiên cứu này tập trung khảo sát ứng xử của cột BTCT gia cường bó hông bằng tấm FRP chịu nén đúng tâm. Các nghiên cứu trên tập trung khảo sát nhiều thông số khác nhau như hình dạng tiết diện cột (cột vuông, chữ nhật và tròn), bán kính cong của góc bo tiết diện, loại tấm FRP (GFRP, CFRP và BFRP), hướng sợi gia cường, chiều dày tấm FRP, tấm FRP có hay không có ứng suất trước và cường độ bê tông. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, tấm FRP gia cường bó hông làm tăng đáng kể khả năng chịu tải trọng của cột, từ 6 đến 177% tùy thuộc vào cấu hình của mẫu cột thực nghiệm và cấu hình tấm FRP gia cường.
Hiệu quả gia cường của tấm FRP đối với cột tiết diện vuông hoặc chữ nhật, nhỏ hơn so với cột tiết diện tròn do hiệu ứng góc. Đáng lưu ý rằng, các nghiên cứu cho thấy rằng tấm FRP gia cường bó hông đã làm tăng mạnh khả năng biến dạng của bê tông, mức độ hấp thu năng lượng và từ đó làm tăng độ dẻo dai của cột. Điều này đặc biệt có ý nghĩa cho các công trình chịu tải trọng động như: động đất và va đập. Nghiên cứu của [24] dùng tấm CFRP bó hông cho các mẫu cột BTCT và nhúng chúng vào môi trường bị ăn mòn mạnh.
Kết quả cho thấy tấm CFRP đã ngăn chặn rất hiệu quả quá trình ăn mòn tiếp diễn trong các mẫu cột. Kết quả tương tự cũng thu được đối với tấm GFRP [25] và gần đây nhất là của [26] đã dùng tấm CFRP quấn bó hông cho cột BTCT nhằm khảo sát và đánh giá hiệu quả của tấm FRP trong việc ngăn chặn sự xâm nhập của ion clo, oxy, sunfat và nước vào bê tông. Các nghiên cứu đều cho thấy hiệu quả cao của phương pháp này, từ đó làm giảm tốc độ ăn mòn của cốt thép chịu lực trong cột. 5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 2.
Các nghiên cứu về ứng xử nén lệch tâm của cột BTCT được gia cường bằng tấm FRP Các nghiên cứu về ứng xử nén lệch tâm của cột BTCT gia cường bằng tấm FRP, được bắt đầu trễ hơn một vài năm so với các nghiên cứu trên cột nén đúng tâm. Trong thực tế, các cột hầu như là chịu nén lệch tâm. Hiện tượng biến dạng không đều của lưới FRP gia cường, do ứng xử nén lệch tâm của cột làm giảm đáng kể hiệu quả gia cường kháng nở hông của lưới CFRP so với trường hợp cột nén đúng tâm. Nghiên cứu của [22] về ảnh hưởng của chiều dày tấm CFRP, và độ lệch tâm đối với cột bê tông được gia cường bó hông bằng tấm CFRP.
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng khả năng chịu lực và khả năng biến dạng dọc trục của cột bị suy giảm do ảnh hưởng của sự lệch tâm. Ngoài ra, hiệu quả gia cường bó hông của tấm CFRP cũng suy giảm do hiện tượng biến dạng không đều của tấm CFRP gia cường. Nghiên cứu của [27] trên cột bê tông gia cường bó hông bằng tấm CFRP chịu én lệch tâm, cho thấy hiệu quả gia cường của tấm CFRP cao hơn đối với cột bê tông cường độ thấp so với cột có bê tông cường độ cao. Nghiên cứu của [27] về ảnh hưởng của hướng tấm CFRP/GFRP gia cường, trong đó sử dụng đồng thời hai kiểu dán dọc và bó hông cho cột BTCT chịu nén lệch tâm lớn, cho thấy rằng sử dụng tấm CFRP/GFRP dán dọc cải thiện đáng kể khả năng chịu lực của cột và việc tăng số lớp gia cường bó hông làm tăng tính dẻo cho cột.
[28] phân tích thực nghiệm ảnh hưởng của độ lệch tâm đến khả năng chịu lực của cột BTCT được gia cường bó hông bằng tấm CFRP. Các cột được gia cường theo hai dạng bó toàn thân và bó từng phần. Độ lệch tâm được thay đổi lần lượt (e/h) = 0.86 với e là độ lệch tâm và h là chiều cao của cột. Kết quả nghiên cứu cho thấy độ lệch tâm càng lớn, khả năng chịu lực càng giảm.
Khả năng chịu lực của các cột gia cường bó hông từng phần bé hơn trung bình so với cột bó hông toàn phần xấp xỉ 5%. Tương tự, hiệu quả gia cường bó hông của tấm CFRP rõ nét hơn cho trường hợp cột bê tông có cường độ thấp so với bê tông cường độ cao [29]. Một số ít các nghiên cứu khác được thực hiện trên các cột có kích thước lớn như của [30], [23], và [31]. Nghiên cứu của [30] về ảnh hưởng của hướng sợi gia cường đến 6 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU quan hệ lực – chuyển vị và quan hệ mô-men độ cong đối với cột BTCT chịu nén lệch tâm.
Các yếu tố được khảo sát trong nghiên cứu này bao gồm hướng sợi gia cường, số lớp tấm gia cường và phương pháp gia cường. Kết quả nghiên cứu cho thấy, tấm CFRP dán dọc làm gia tăng độ cứng và khả năng kháng uốn của cột, tuy nhiên tấm CFRP dán dọc không làm gia tăng khả năng biến dạng của cột và sự gia tăng biến dạng của cột chủ yếu đến từ các tấm CFRP gia cường bó hông. Các kết quả nghiên cứu tương tự cũng được chỉ ra trong nghiên cứu của [23]. Nghiên cứu của [31] cho trường hợp các cột BTCT kích thước thật chịu nén lệch tâm.
Các cột thực nghiệm được thiết kế theo hai dạng, cột ngắn và cột dài. Các cột được gia cường kháng uốn bằng các thanh CFRP theo dạng xẻ rãnh (NSM), và được gia cường bó hông bằng tấm CFRP. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra những khác biệt cơ bản về hiệu quả của các phương pháp gia cường cho trường hợp cột ngắn và cột dài, đặc biệt, kết quả nghiên cứu cho thấy rằng tấm CFRP gia cường bó hông chỉ hiệu quả cho trường hợp cột ngắn. Nghiên cứu của [32] cho thấy rằng các vết nứt vỡ của lớp bê tông bảo vệ, với sự kết hợp của việc nở hông do các sản phẩm từ quá trình ăn mòn cốt thép, lúc này thép bị ăn mòn tạo ra các rỉ sét và thể tích của gỉ sét lớn, hình thành ứng suất nở hông làm cho lớp bê tông bảo vệ bên ngoài bong ra và làm giảm diện tích mặt cắt tiết diên.
[33] cũng trình bày việc cốt thép bị ăn mòn trong cả vùng chịu nén và chịu kéo, sẽ làm giảm khả năng chịu tải của cột với độ lệch tâm lớn và nhỏ. Kết quả cho thấy độ cứng và khả năng chịu tải trọng nén của tiết diện giảm với sự gia tăng sự mất mát diện tích tiết diện. Các nghiên cứu về cột BTCT chịu tải trọng lệch tâm (e) gia cường tấm FRP, được tiến hành nhằm làm rõ ứng xử của cột, vì trong thực tế cột luôn tồn tại độ lệch tâm của lực dọc, có thể là lệch tâm ban đầu hoặc là lệch tâm của tải trọng. Chính vì vậy việc tiến hành các nghiên cứu về tải trọng lệch tâm này, nhằm đưa ra các thông số nhằm hiệu chỉnh và xây dựng mô hình tính mới, hoặc là hiệu chỉnh các mô hình tính đã có sẵn của cột chịu nén đúng tâm gia cường tấm FRP.
7 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU Các nghiên cứu của [35] xét ảnh hưởng hai tham số là chiều dày tấm và độ lệch tâm đối với tiết diện cột bê tông được gia cường bó hông bằng tấm CFRP, Nghiên cứu của [27] trên cột có cường độ bê tông thấp và cao khi được gia cường tấm FRP, kết quả cho thấy được rằng, đối với cột có cường độ bê tông thấp hơn thì hiệu quả gia cường bằng tấm FRP cho ra cao hơn.