Luận án tiến sĩ về ứng xử nén của cột bê tông cốt thép hư hỏng được gia cường bằng CFRP và BFRP

Luận án nghiên cứu ứng xử nén của cột bê tông cốt thép hư hỏng, gia cường bằng tấm CFRP và BFRP, mang lại giải pháp cải thiện kết cấu.

• Tác giả: Huỳnh Xuân Tín
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Minh Long
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Xử Nén Cột Bê Tông Cốt Thép Hư Hỏng Gia Cường Bằng CFRP Và BFRP
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• TÓM TẮT LUẬN ÁN
• ABSTRACT
• LỜI CÁM ƠN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC KÝ HIỆU
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN, MỤC TIÊU, Ý NGHĨA VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan nghiên cứu
• 1.1.1. Giới thiệu sơ lược về vật liệu FRP
• 1.1.2. Mô hình ứng suất – biến dạng của bê tông bị bó hông bằng cốt đai
• 1.1.3. Mô hình ứng suất – biến dạng của bê tông bị bó hông bằng tấm FRP
• 1.1.4. Ứng suất bó hông của vật liệu FRP
• 1.1.5. Ứng xử nén của cột BTCT được bó hông bằng tấm FRP
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Ý nghĩa nghiên cứu
• 1.3.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.4. Đối tượng, phạm vi, nội dung và phương pháp nghiên cứu
• 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4.3. Nội dung nghiên cứu
• 1.4.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Bố cục của luận án
• 2. CHƯƠNG 2: HIỆU QUẢ CỦA TẤM CFRP BÓ HÔNG CHO CỘT BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ BÊ TÔNG BỊ ĂN MÒN BỞI MUỐI SUN-PHÁT
• 2.1. Chương trình thực nghiệm
• 2.1.1. Mẫu cột thí nghiệm
• 2.1.2. Sơ đồ, bố trí thiết bị và quy trình thí nghiệm
• 2.2. Kết quả thí nghiệm và thảo luận
• 2.2.1. Kiểu phá hoại
• 2.2.2. Quan hệ lực – chuyển vị
• 2.2.3. Khả năng chịu nén của cột và hiệu quả gia cường bó hông của tấm CFRP
• 2.2.4. Đóng góp của lõi bê tông và tấm CFRP vào khả năng chịu nén của cột
• 2.2.5. Biến dạng của tấm CFRP, cốt thép và bê tông
• 2.3. Kết luận Chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN ỨNG XỬ NÉN LỆCH TÂM CỦA CỘT BTCT ĐƯỢC GIA CƯỜNG BÓ HÔNG BẰNG TẤM CFRP/BFRP
• 3.1. Chương trình thực nghiệm
• 3.1.1. Mẫu cột thí nghiệm
• 3.1.2. Công tác tạo ăn mòn cốt thép
• 3.1.3. Sơ đồ, bố trí thiết bị và quy trình thí nghiệm
• 3.2. Kết quả thí nghiệm và thảo luận
• 3.2.1. Kiểu phá hoại
• 3.2.2. Quan hệ lực – chuyển vị
• 3.2.3. Hiệu quả gia cường của tấm CFRP/BFRP đối với cột BTCT có cốt thép bị ăn mòn
• 3.2.4. Biến dạng của tấm bó hông và cốt đai
• 3.2.5. Biến dạng của cốt thép dọc, tấm dán dọc và bê tông
• 3.3. Kết luận Chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: HIỆU CHỈNH MÔ HÌNH TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU NÉN LỆCH TÂM CỦA CỘT BTCT CÓ CỐT THÉP BỊ ĂN MÒN ĐƯỢC GIA CƯỜNG BÓ HÔNG BẰNG TẤM CFRP/BFRP
• 4.1. Các mô hình hiện có
• 4.1.1. Xác định khả năng chịu lực của cột chịu nén lệch tâm
• 4.2. Đề xuất hiệu chỉnh
• 4.3. Kiểm chứng mô hình hiệu chỉnh
• 4.4. Kết luận Chương 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Nghiên cứu này tập trung vào ứng xử nén của cột bê tông cốt thép bị hư hỏng do tác động của ion sun-phát và cốt thép bị ăn mòn. Mục tiêu chính là khảo sát và đánh giá hiệu quả của việc gia cường cột bê tông bằng tấm CFRP và BFRP. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng vật liệu gia cường có thể cải thiện đáng kể khả năng chịu lực của cột bê tông, đặc biệt trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Việc sử dụng CFRP và BFRP không chỉ giúp tăng cường độ bền mà còn giảm thiểu sự xâm nhập của các tác nhân gây hại vào lõi bê tông.

1.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu

Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các phương pháp gia cường cho cột bê tông cốt thép. Việc hiểu rõ hư hỏng cột bê tông do ion sun-phát và ăn mòn cốt thép sẽ giúp các kỹ sư thiết kế các giải pháp hiệu quả hơn. Các kết quả từ nghiên cứu này có thể được áp dụng trong thực tiễn xây dựng, đặc biệt là trong các công trình chịu tác động của môi trường khắc nghiệt.

II. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện thông qua hai chương trình thí nghiệm chính. Chương trình đầu tiên tập trung vào ứng xử nén đúng tâm của cột bê tông bị suy biến do ion sun-phát. 24 mẫu cột được gia cường bằng tấm CFRP với các thông số khác nhau như số lớp CFRP và cường độ bê tông. Chương trình thứ hai nghiên cứu ứng xử nén lệch tâm của cột bê tông bị ăn mòn cốt thép, với 40 mẫu cột được thử nghiệm. Các tham số như mức độ ăn mòn cốt thép, độ lệch tâm và số lớp tấm CFRP/BFRP được thay đổi để đánh giá hiệu quả gia cường.

2.1. Thiết kế thí nghiệm

Thiết kế thí nghiệm được thực hiện để đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả. Các mẫu cột được chuẩn bị theo tiêu chuẩn kỹ thuật, và các thiết bị đo lường hiện đại được sử dụng để theo dõi biến dạng và khả năng chịu nén của cột. Kết quả thu được từ các thí nghiệm này sẽ cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho việc phân tích và đánh giá hiệu quả của các phương pháp gia cường.

III. Kết quả và thảo luận

Kết quả thí nghiệm cho thấy ion sun-phát có ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng chịu lực của cột bê tông. Cụ thể, độ cứng dọc trục của cột giảm đến 36% và chuyển vị dọc trục tăng lên đến 40%. Đặc biệt, tấm CFRP cho thấy hiệu quả cao trong việc ngăn chặn sự xâm nhập của ion sun-phát vào lõi bê tông, với khả năng ngăn chặn lên đến 90%. Kết quả cũng chỉ ra rằng mức độ đóng góp của tấm CFRP vào tổng khả năng chịu lực của cột dao động từ 18% đến 46%. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc sử dụng vật liệu gia cường trong các công trình xây dựng.

3.1. Phân tích hiệu quả gia cường

Phân tích cho thấy rằng tấm CFRP và BFRP không chỉ cải thiện khả năng chịu nén mà còn làm giảm đáng kể sự suy giảm khả năng chịu lực do ăn mòn cốt thép. Kết quả cho thấy cột gia cường chỉ bị suy giảm nhẹ khả năng chịu lực, trong khi cột không gia cường bị suy giảm mạnh. Điều này chứng tỏ rằng việc gia cường bằng tấm CFRP/BFRP là một giải pháp hiệu quả để bảo vệ cột bê tông cốt thép khỏi các tác động tiêu cực của môi trường.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc gia cường cột bê tông cốt thép bằng tấm CFRP và BFRP là một phương pháp hiệu quả để cải thiện khả năng chịu nén và giảm thiểu tác động của ăn mòn. Các kết quả thu được từ nghiên cứu này có thể được áp dụng trong thực tiễn xây dựng, đặc biệt là trong các công trình chịu tác động của môi trường khắc nghiệt. Tuy nhiên, cần có thêm các nghiên cứu tiếp theo để hoàn thiện các mô hình tính toán và mở rộng phạm vi áp dụng của các phương pháp gia cường này.

4.1. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Đề xuất nghiên cứu tiếp theo bao gồm việc mở rộng các thí nghiệm với các loại vật liệu gia cường khác nhau và trong các điều kiện môi trường khác nhau. Việc này sẽ giúp xác định rõ hơn hiệu quả của các phương pháp gia cường và cung cấp cơ sở dữ liệu phong phú cho các nghiên cứu trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Hiện tượng suy biến kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) do tác động của môi trường xâm thực là nguyên nhân hàng đầu dẫn đến sự suy giảm khả năng chịu lực và tuổi thọ công trình. Tại các khu vực ven biển, cửa sông (như khu vực Đồng bằng sông Cửu Long) hoặc môi trường công nghiệp, kết cấu cột và trụ BTCT thường xuyên tiếp xúc trực tiếp với ion sun-phát ($SO_4^{2-}$), ion clo ($Cl^-$), nước và chu kỳ khô/ướt. Cơ chế ăn mòn do ion sun-phát tạo ra thạch cao (gypsum) và ettringite làm trương nở thể tích, rỗng xốp lớp bê tông bảo vệ và sinh ra nứt nẻ. Đồng thời, ion clo kết hợp độ ẩm và oxy thúc đẩy quá trình oxy hóa cốt thép, làm giảm tiết diện chịu lực, suy giảm dính bám giữa cốt thép và bê tông, đẩy nhanh tốc độ xuống cấp của toàn bộ kết cấu.

Phương pháp truyền thống (đục bỏ bê tông hư hại, tẩy gỉ, cấy thêm cốt thép và trát vữa cường độ cao) tốn nhiều thời gian và làm tăng tĩnh tải. Giải pháp gia cường bó hông bằng vật liệu polymer gia cường sợi (FRP - Fiber Reinforced Polymer), gồm sợi các-bon (CFRP) và sợi ba-zan (BFRP), sở hữu các ưu điểm: cường độ chịu kéo cao, trọng lượng nhẹ, không bị ăn mòn hóa học, bề dày mỏng không làm thay đổi kích thước hình học và dễ thi công. Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào mẫu thử kích thước nhỏ (hình trụ $150 \times 300\text{ mm}$), không có cốt thép hoặc chỉ chịu nén đúng tâm trong môi trường muối $NaCl$. Rất ít công trình thực nghiệm khảo sát cột BTCT có kích thước đại diện, có bố trí cốt thép dọc và cốt đai hoàn chỉnh, chịu tác động của môi trường muối ma-giê sun-phát ($MgSO_4$) kết hợp chu kỳ khô/ướt hoặc chịu nén lệch tâm khi cốt thép đã bị ăn mòn. Bên cạnh đó, hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của tấm sợi ba-zan (BFRP) và các mô hình tính toán khả năng chịu nén lệch tâm có xét đồng thời mức độ ăn mòn cốt thép cùng độ lệch tâm chưa được quy định tường minh trong các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành (như ACI 440.2R-17, fib Bulletin 14).

Nhằm giải quyết các tồn tại nêu trên, luận án xác định bốn mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

1. Khảo sát thực nghiệm và đánh giá định lượng ảnh hưởng của ion sun-phát đến hiệu quả gia cường của tấm CFRP cho cột BTCT;
2. Phân tích thực nghiệm ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép dọc và đai đến hiệu quả gia cường bó hông của tấm CFRP/BFRP cho cột BTCT chịu nén lệch tâm với độ lệch tâm khác nhau;
3. Phân tích tương tác giữa các thành phần tham gia chịu lực (cốt đai, cốt dọc, lưới sợi CFRP/BFRP gia cường bó hông và dọc) và độ lệch tâm đến ứng xử tổng thể và khả năng chịu nén của cột BTCT;
4. Đề xuất quy trình tính khả năng chịu nén lệch tâm của cột BTCT có cốt thép bị ăn mòn được gia cường bó hông bằng tấm CFRP/BFRP có xét đến ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép, độ lệch tâm, và số lớp tấm CFRP/BFRP bó hông.

Đối tượng nghiên cứu của luận án là cột BTCT ngắn chịu nén đúng tâm và nén lệch tâm được gia cường bó hông bằng tấm sợi CFRP và BFRP. Phạm vi nghiên cứu được giới hạn như sau:

• Mẫu cột ngắn có tỷ số $l_u/b \le 4$, tiết diện vuông $200 \times 200\text{ mm}$, chiều dài $800\text{ mm}$.
• Cường độ chịu nén của bê tông trong dải thông dụng từ $25\text{ MPa}$ đến $60\text{ MPa}$.
• Hàm lượng cốt thép dọc được thiết kế ở mức $2,0%$ và $2,3%$; hàm lượng cốt thép đai ở mức $0,3%$ và $0,4%$.
• Môi trường xâm thực tạo suy biến bê tông là dung dịch muối $MgSO_4$ nồng độ $7%$ kết hợp chu kỳ khô/ướt.
• Cốt thép chịu lực được tạo ăn mòn trước khi đúc mẫu bằng phương pháp ngâm dung dịch axit $H_2SO_4$ với ba cấp độ hao hụt khối lượng: $0%$, $15%$ và $30%$ (không cạo tẩy gỉ để duy trì sự suy giảm dính bám thực tế).
• Vật liệu gia cường sử dụng tấm CFRP và tấm BFRP với số lớp gia cường là 1 lớp và 3 lớp (tương ứng mức ứng suất bó hông nhỏ và lớn).

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu trong luận án phân tích quá trình phát triển lý thuyết bó hông và ứng dụng vật liệu FRP trong gia cố kết cấu bê tông:

• Nghiên cứu cơ sở về hiệu ứng bó hông: Richart và cộng sự (1928, 1929) nghiên cứu ứng xử của bê tông dưới trạng thái ứng suất ba trục, chỉ ra rằng ứng suất bó hông làm tăng cường độ và chuyển vị cực hạn của bê tông. Sheikh và Uzumeri (1982), Mander và cộng sự (1988) thiết lập các mô hình ứng suất - biến dạng kinh điển cho bê tông chịu bó hông bởi cốt thép đai tròn và đai chữ nhật.
• Mô hình ứng suất - biến dạng cho bê tông bó hông bằng FRP: Fardis và Khalili (1981, 1982), Saadatmanesh và cộng sự (1994) áp dụng mô hình của Richart và Mander cho cấu kiện bọc FRP. Tuy nhiên, do vật liệu FRP có ứng xử đàn hồi tuyến tính đến khi đứt mà không có thềm chảy dẻo như thép, các mô hình chuyên biệt cho FRP đã được phát triển bởi Spoelstra và Monti (1999), Fam và Rizkalla (2001), Harries và Kharel (2002). Trong nhóm mô hình định hướng thiết kế, mô hình của Lam và Teng (2002, 2003) được sử dụng phổ biến nhất, chia quan hệ ứng suất - biến dạng thành nhánh parabol ban đầu và nhánh tuyến tính thứ hai.
• Thực nghiệm cột gia cường FRP chịu tác động môi trường và ăn mòn: Zhou và cộng sự (2013) nghiên cứu mẫu trụ bê tông không cốt thép kích thước $150 \times 300\text{ mm}$ chịu chu kỳ khô/ướt trong $MgSO_4$ từ 30 đến 120 ngày, ghi nhận sự suy giảm cường độ bê tông và sức chịu tải của mẫu bọc CFRP. Các nghiên cứu của Masoud và cộng sự (2001), Gadve và cộng sự (2009), Al-Saidy và cộng sự (2014) khảo sát cột BTCT nén đúng tâm trong môi trường muối $NaCl$. Về ứng xử nén lệch tâm của cột có cốt thép bị ăn mòn, Maaddawy (2009) thử nghiệm 16 cột BTCT ($250 \times 250 \times 1200\text{ mm}$, cấp độ ăn mòn $4,25%$, độ lệch tâm tương đối $e/h$ từ $0,3$ đến $0,86$); Chotickai và cộng sự (2019) thử nghiệm 12 cột BTCT ($125 \times 125 \times 1375\text{ mm}$, ăn mòn $0%$, $10%$, $20%$, $e/h = 1,0$).
• Tiêu chuẩn thiết kế hiện hành: ACI 440.2R-17 (Hoa Kỳ), fib Bulletin 14 (Châu Âu), CAN/CSA S806-02 (Canada), ISIS Design Manual No. 3 (Canada), JSCE (Nhật Bản).

Khoảng trống nghiên cứu được luận án lựa chọn giải quyết bao gồm:

• Thiếu hụt dữ liệu thực nghiệm quy mô đại diện (cột $200 \times 200 \times 800\text{ mm}$ có cốt thép đầy đủ) về tác động của ion sun-phát và chu kỳ khô/ướt đến sự suy giảm độ cứng dọc trục, khả năng biến dạng và hiệu quả bảo vệ của lớp bọc CFRP.
• Chưa có nghiên cứu công bố về hiệu quả gia cường của tấm sợi ba-zan (BFRP) trên cột BTCT bị ăn mòn cốt thép chịu nén lệch tâm.
• Chưa làm rõ mức độ tương tác giữa mức độ ăn mòn cốt thép (tách biệt cốt dọc và cốt đai) với độ lệch tâm và biến dạng hữu hiệu của tấm FRP.
• Các mô hình tính toán và hướng dẫn thiết kế hiện hành chưa xét đến sự suy giảm hiệu quả bó hông khi độ lệch tâm tăng kết hợp với sự suy biến diện tích và giới hạn chảy của cốt thép bị ăn mòn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên lý thuyết bó hông bị động (passive confinement) của bê tông dưới tác dụng của cốt đai và tấm bọc composite. Mô hình ứng suất - biến dạng của Lam và Teng (2003) được sử dụng làm nền tảng tính toán cho bê tông bị bó hông bởi FRP, trong đó quan hệ ứng suất ($\sigma_c$) và biến dạng ($\varepsilon_c$) được biểu diễn:

$$\sigma_c = \begin{cases} E_c \varepsilon_c - \dfrac{(E_c - E_2)^2}{4 f_{co}} \varepsilon_c^2 & (0 \le \varepsilon_c \le \varepsilon_t) \ f_{co} + E_2 \varepsilon_c & (\varepsilon_t \le \varepsilon_c \le \varepsilon_{cu}) \end{cases}$$

Trong đó, cường độ chịu nén của bê tông bị bó hông ($f_{cc}$) và biến dạng cực hạn ($\varepsilon_{cu}$) được xác định qua ứng suất bó hông hữu hiệu ($f_l$) và các hệ số hình dạng ($k_{s1}, k_{s2}$):

$$f_{cc} = f_{co} + k_1 k_{s1} f_l = f_{co} + 3,3 k_{s1} f_l$$ $$\varepsilon_{cu} = \varepsilon_{co} \left( 1,5 + k_2 k_{s2} \dfrac{f_l}{f_{co}} \left(\dfrac{\varepsilon_{h,rup}}{\varepsilon_{co}}\right)^{0,45} \right)$$

Biểu đồ tương tác lực dọc - mô-men ($P-M$) được thiết lập dựa trên nguyên lý cân bằng lực, tính tương thích biến dạng của mặt cắt phẳng và các phương trình giải tích trạng thái giới hạn theo hướng dẫn ACI 440.2R-17.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp ba hướng tiếp cận:

• Phương pháp thực nghiệm: Chế tạo và thử nghiệm phá hoại trên tổng số 64 mẫu cột BTCT ngắn ($200 \times 200 \times 800\text{ mm}$) tại Phòng thí nghiệm Kết cấu công trình (BKSEL) - Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM. Sử dụng hệ thống gia tải thủy lực, cảm biến đo biến dạng (Strain Gauges - SG) gắn trên bê tông, cốt thép dọc, cốt đai, tấm FRP và chuyển vị kế điện tử (LVDT) để ghi nhận dữ liệu tự động.
• Phương pháp thống kê hồi quy: Phân tích cơ sở dữ liệu thực nghiệm nhằm xác định các hệ số tương quan ($C_{eh}, C_{sf}, C_{wf}$) phản ánh ảnh hưởng của độ lệch tâm, hàm lượng cốt dọc, cốt đai và mức độ ăn mòn lên biến dạng hữu hiệu của tấm FRP.
• Phương pháp giải tích hiệu chỉnh: Thiết lập các hệ số chiết giảm giới hạn chảy ($k_{corr,fs}$) và diện tích cốt thép ($k_{corr,As}$), tích hợp vào mô hình giải tích để xây dựng biểu đồ tương tác $P-M$ hiệu chỉnh.

Dữ liệu vật liệu đầu vào được kiểm định thực nghiệm:

• Bê tông: Ba cấp phối với cường độ chịu nén lăng trụ $f'_c$ từ $25\text{ MPa}$ đến $60\text{ MPa}$.
• Cốt thép: Thép thanh vằn CB-400V có giới hạn chảy $f_y \approx 400 - 450\text{ MPa}$, mô-đun đàn hồi $E_s = 200\text{ GPa}$.
• Vật liệu composite và keo dán: Tấm CFRP, tấm BFRP và keo kết dính gốc epoxy với các chỉ tiêu kỹ thuật chính:

Loại vật liệu	Cường độ kéo $f_{fu}$ (MPa)	Mô-đun đàn hồi $E_f$ (GPa)	Độ dãn dài cực hạn (%)
Thép xây dựng (CB-400V)	483 - 690	200	6,0 - 12,0
Tấm sợi các-bon (CFRP)	3440 - 4140	220 - 240	1,2 - 1,5
Tấm sợi ba-zan (BFRP)	1258 - 2450	46 - 66	2,0 - 4,4
Keo nền Epoxy	55 - 130	2,8 - 4,1	1,5 - 3,0

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan, mục tiêu, ý nghĩa và nội dung nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về vật liệu composite FRP, cơ chế bó hông của cốt đai thép và tấm sợi composite, các mô hình ứng suất - biến dạng tiêu biểu (Mander, Lam và Teng) và các tiêu chuẩn thiết kế gia cường hiện hành (ACI 440.2R-17, fib Bulletin 14). Chương này phân tích tổng quan các công trình thực nghiệm trong nước và quốc tế về độ bền môi trường của vật liệu FRP, ứng xử nén đúng tâm và nén lệch tâm của cột BTCT gia cường FRP chưa hoặc đã bị hư hỏng. Từ các khoảng trống khoa học được nhận diện, chương 1 xác lập 4 mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu, phương pháp luận thực hiện và bố cục của toàn bộ luận án.

Chương 2: Hiệu quả của tấm CFRP bó hông cho cột bê tông cốt thép có bê tông bị ăn mòn bởi muối sun-phát

Chương 2 trình bày chương trình thực nghiệm trên 24 mẫu cột BTCT ($200 \times 200 \times 800\text{ mm}$) chịu nén đúng tâm nhằm đánh giá tác động của ion sun-phát và chu kỳ khô/ướt trong dung dịch $MgSO_4$ 7%. Các thông số khảo sát gồm cường độ bê tông ($25 - 60\text{ MPa}$), số lớp CFRP gia cường (1 lớp và 3 lớp) và số chu kỳ tác động khô/ướt.

Nhóm thông số	Cột không gia cường	Cột gia cường 1 lớp CFRP	Cột gia cường 3 lớp CFRP
Độ cứng dọc trục ban đầu ($EA_0$)	Giảm tới 36,0%	Giảm nhẹ hơn	Mức suy giảm thấp nhất
Chuyển vị dọc trục cực hạn ($\delta_{u,v}$)	Tăng tới 40,0%	Tăng đáng kể	Tăng từ 3 đến 5 lần
Mức suy giảm sức chịu nén ($P_u$)	Suy giảm tới 29,4%	Suy giảm xấp xỉ 3,7%	Suy giảm không đáng kể
Hiệu quả ngăn chặn ion sun-phát ($IEP$)	Không có	Đạt tới 90%	Đạt trên 90%

Các phát hiện chính từ chương 2:

• Tác động của ion sun-phát làm xốp cấu trúc rỗng bê tông, làm giảm độ cứng dọc trục ban đầu ($EA_0$) lên tới 36,0% và gia tăng chuyển vị cực hạn lên tới 40,0%.
• Lớp bọc CFRP đóng vai trò màng chắn vật lý, ngăn cản sự thâm nhập của ion sun-phát vào lõi bê tông với chỉ số hiệu quả $IEP$ đạt tới 90% (chỉ số này có xu hướng giảm nhẹ khi số chu kỳ khô/ướt tăng cao).
• Tấm CFRP cải thiện khả năng biến dạng dọc trục của cột từ 3 đến 5 lần so với cột không gia cường, mức tăng tỷ lệ thuận với số lớp sợi.
• Phân tích đóng góp thành phần cho thấy: Lõi bê tông đóng góp $54% - 82%$ và tấm CFRP đóng góp $18% - 46%$ vào tổng khả năng chịu nén của cột. Tỷ lệ đóng góp của CFRP tăng khi số lớp gia cường tăng và giảm khi cường độ bê tông ban đầu tăng.

Chương 3: Ảnh hưởng của ăn mòn cốt thép đến ứng xử nén lệch tâm của cột BTCT được gia cường bó hông bằng tấm CFRP/BFRP

Chương 3 khảo sát thực nghiệm trên 40 mẫu cột BTCT ($200 \times 200 \times 800\text{ mm}$) có cốt thép bị ăn mòn nhân tạo trước khi đúc bằng dung dịch $H_2SO_4$ (mức độ ăn mòn $0%$, $15%$, $30%$ theo khối lượng) chịu nén lệch tâm với độ lệch tâm tương đối $e/h = 0,125$ và $e/h = 0,375$. Các tham số gồm loại vật liệu gia cường (CFRP và BFRP), số lớp bó hông (1 và 3 lớp) kết hợp dán tấm dọc chịu kéo.

Cấu hình thí nghiệm	Cột không gia cường	Cột gia cường tấm CFRP	Cột gia cường tấm BFRP
Mức giảm $P_u$ do ăn mòn cốt thép	Giảm sâu tới 23%	Giảm tối đa 11%	Giảm tối đa 11%
Mức tăng $P_u$ sau khi gia cường	Cơ sở đối chứng	Tăng lên tới 47%	Tăng đáng kể (thấp hơn CFRP)
Khả năng hấp thụ năng lượng ($E_{abs}$)	Thấp, phá hoại giòn	Cải thiện rõ rệt	Rất cao, độ dẻo lớn
Ảnh hưởng của độ lệch tâm ($e/h$)	Giảm khả năng chịu lực	Hiệu quả bó hông giảm khi $e/h$ tăng	Hiệu quả bó hông giảm khi $e/h$ tăng

Các phát hiện chính từ chương 3:

• Sự ăn mòn cốt thép làm suy giảm tới 23% tải trọng phá hoại của cột không gia cường chịu nén lệch tâm do giảm tiết diện thép và nứt dọc trục. Khi được gia cường bằng CFRP hoặc BFRP, mức độ suy giảm sức chịu tải được khống chế, chỉ còn giảm tối đa 11%.
• Tấm CFRP và BFRP giúp nâng cao khả năng chịu nén lệch tâm của cột bị ăn mòn lên tới 47%. Hiệu quả gia cường có xu hướng tăng theo mức độ ăn mòn cốt thép ban đầu.
• Khi độ lệch tâm tương đối tăng từ $e/h = 0,125$ lên $e/h = 0,375$, hiệu quả bó hông của cả CFRP và BFRP đều suy giảm rõ rệt do phân bố ứng suất nén trên tiết diện không đồng đều và biến dạng nở hông tập trung cục bộ tại thớ chịu nén nhiều nhất.
• Tấm sợi ba-zan (BFRP) thể hiện khả năng cải thiện độ dẻo dai ($\mu$) và khả năng hấp thụ năng lượng ($E_{abs}$) của cột tương đương hoặc vượt trội so với CFRP nhờ độ dãn dài cực hạn lớn ($2,0% - 4,4%$), mặc dù mô-đun đàn hồi thấp hơn.

Chương 4: Hiệu chỉnh mô hình tính toán khả năng chịu nén lệch tâm của cột BTCT có cốt thép bị ăn mòn được gia cường bó hông bằng tấm CFRP/BFRP

Chương 4 đánh giá độ chính xác của các mô hình hiện có và đề xuất phương pháp giải tích hiệu chỉnh. Qua so sánh với 40 mẫu thí nghiệm thực tế, mô hình tiêu chuẩn ACI 440.2R-17 và mô hình Lam - Teng nguyên bản có xu hướng đánh giá quá cao khả năng chịu lực của cột khi độ lệch tâm lớn và cốt thép bị ăn mòn nặng do chưa xét đến sự suy giảm ứng suất bó hông và đặc tính vật liệu thép bị rỉ sét.

Luận án đề xuất các hệ số hiệu chỉnh:

1. Hệ số ảnh hưởng hình học và phân bố ứng suất: Tích hợp hệ số suy giảm biến dạng hữu hiệu của tấm FRP $\varepsilon_{f,avg}/\varepsilon_{fu}$ thông qua tích các hệ số $C_{eh}$ (xét ảnh hưởng của độ lệch tâm $e/h$), $C_{sf}$ (tương quan cốt dọc) và $C_{wf}$ (tương quan cốt đai).
2. Hệ số suy giảm cơ lý của cốt thép bị ăn mòn:
   • Hệ số chiết giảm diện tích tiết diện cốt thép: $k_{corr,As} = 1 - 0,01 Q_{corr}$
   • Hệ số chiết giảm giới hạn chảy của thép: $k_{corr,fs} = 1 - \alpha_{corr} Q_{corr}$ (với $Q_{corr}$ là phần trăm hao hụt khối lượng cốt thép).
3. Hiệu chỉnh biểu đồ tương tác $P-M$: Cập nhật ứng suất nén giới hạn của bê tông bị bó hông $f'_{cc}$ và vị trí trục trung hòa theo biến dạng hữu hiệu thực tế của tấm bọc.

Kết quả kiểm chứng cho thấy mô hình hiệu chỉnh có hệ số tương quan ($CORR$) cao, hệ số biến thiên ($COV$) thấp, phản ánh sát thực nghiệm và đảm bảo tính an toàn trong tính toán kết cấu.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án mang lại các đóng góp mới về mặt khoa học và thực tiễn:

• Đóng góp khoa học:
  • Cung cấp bộ dữ liệu thực nghiệm toàn diện trên 64 mẫu cột BTCT kích thước $200 \times 200 \times 800\text{ mm}$ về ứng xử nén đúng tâm và lệch tâm dưới tác động độc lập của môi trường muối ma-giê sun-phát ($MgSO_4$) và ăn mòn cốt thép.
  • Định lượng hóa cơ chế suy giảm độ cứng dọc trục ($36,0%$), sự gia tăng chuyển vị cực hạn ($40,0%$) do ion sun-phát và xác lập chỉ số hiệu quả ngăn chặn xâm thực sun-phát ($IEP$) của tấm CFRP đạt tới $90%$.
  • Làm sáng tỏ quy luật làm việc đồng thời giữa cốt thép bị ăn mòn, bê tông suy biến và tấm sợi gia cường (CFRP/BFRP) dưới tác dụng của độ lệch tâm, chứng minh khả năng thay thế tiềm năng của tấm sợi ba-zan (BFRP) trong việc nâng cao độ dẻo và biến dạng của cột.
  • Xây dựng mô hình giải tích hiệu chỉnh tính toán biểu đồ tương tác $P-M$ có xét đồng thời mức độ ăn mòn cốt thép ($Q_{corr}$) và độ lệch tâm ($e/h$).
• Đóng góp thực tiễn:
  • Đưa ra cơ sở dữ liệu và quy trình tính toán phục vụ thiết kế sửa chữa, gia cường cột BTCT cho các công trình ven biển, công trình thủy lợi chịu triều mặn tại Đồng bằng sông Cửu Long và môi trường hóa chất công nghiệp.
  • Đề xuất giải pháp sử dụng vật liệu BFRP như một phương án kinh tế hơn CFRP để gia cường kháng chấn và tăng độ dẻo cho kết cấu cột bị ăn mòn cốt thép.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Do tính phức tạp về mặt kỹ thuật và khó kiểm soát tách bạch cơ chế suy biến, nghiên cứu chưa thực hiện thí nghiệm kết hợp đồng thời cả hai yếu tố xâm thực bê tông bởi ion sun-phát và ăn mòn cốt thép trên cùng một mẫu cột. Cơ sở dữ liệu thực nghiệm cho cột nén lệch tâm có cốt thép bị ăn mòn gia cường bằng BFRP còn hạn chế về số lượng mẫu và dải thông số hình học.
• Hướng nghiên cứu tiếp:
  • Tiến hành thí nghiệm trên các mẫu cột có tác động đồng thời của ion sun-phát và ăn mòn cốt thép dưới tải trọng duy trì dài hạn.
  • Mở rộng nghiên cứu trên các tiết diện cột hình chữ nhật có tỷ lệ cạnh lớn, cột tròn và cột mảnh chịu nén uốn hai phương.
  • Tiếp tục hoàn thiện và kiểm chứng mô hình giải tích đề xuất với các bộ số liệu thực nghiệm quy mô lớn khác nhằm nâng cao tính tổng quát và độ tin cậy khi đưa vào tiêu chuẩn thiết kế.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Kỹ thuật Xây dựng công trình dân dụng, công nghiệp và cầu đường: Tham khảo phương pháp thiết kế thí nghiệm tạo ăn mòn nhân tạo bằng axit/muối, quy trình bố trí cảm biến đo biến dạng (SG, LVDT) và kỹ thuật phân tích mô hình cơ học phi tuyến của bê tông bó hông.
• Kỹ sư thiết kế, tư vấn thẩm tra và chuyên gia sửa chữa công trình: Sử dụng các công thức hiệu chỉnh ở Chương 4 và quy trình đánh giá sức chịu tải của cột BTCT bị suy biến ở Chương 2 và Chương 3 để tính toán phương án gia cường bằng CFRP hoặc BFRP an toàn và tối ưu chi phí.

Câu hỏi thường gặp

1. Ion sun-phát làm suy thoái cột BTCT như thế nào và tấm CFRP ngăn chặn quá trình này ra sao?

Ion sun-phát tác dụng với canxi hydroxit trong xi măng tạo thạch cao và ettringite làm trương nở thể tích, gây nứt và rỗng bê tông, khiến độ cứng dọc trục ban đầu giảm tới 36,0% và khả năng chịu lực của cột không gia cường giảm tới 29,4%. Tấm CFRP dán ngoài đóng vai trò màng chắn cơ học ngăn cách dung dịch muối tiếp xúc lõi bê tông, đạt hiệu quả ngăn chặn ($IEP$) lên đến 90%, giúp cột gia cường chỉ bị suy giảm sức chịu tải nhẹ xấp xỉ 3,7%.

2. Tấm BFRP có ưu thế gì so với CFRP khi gia cường cột BTCT bị ăn mòn cốt thép?

Mặc dù tấm BFRP có cường độ kéo ($1258 - 2450\text{ MPa}$) và mô-đun đàn hồi ($46 - 66\text{ GPa}$) thấp hơn CFRP ($3440 - 4140\text{ MPa}$ và $220 - 240\text{ GPa}$), BFRP có độ dãn dài cực hạn lớn hơn ($2,0% - 4,4%$ so với $1,2% - 1,5%$) và giá thành thấp hơn. Thực nghiệm Chương 3 cho thấy tấm BFRP giúp cải thiện vượt trội khả năng hấp thụ năng lượng ($E_{abs}$) và độ dẻo dai ($\mu$) của cột nén lệch tâm, mang lại giải pháp gia cường kinh tế.

3. Độ lệch tâm ($e/h$) ảnh hưởng như thế nào đến hiệu quả bó hông của tấm FRP?

Khi độ lệch tâm tăng (từ $e/h = 0,125$ lên $e/h = 0,375$), hiệu quả gia cường kháng nén của tấm FRP bị suy giảm rõ rệt. Nguyên nhân là do sự phân bố biến dạng không đều trên chu vi cột, ứng suất tập trung cục bộ tại vùng chịu nén lớn làm tấm sợi đạt biến dạng đứt cục bộ sớm hơn so với trường hợp nén đúng tâm.

4. Mô hình hiệu chỉnh trong Chương 4 bổ sung những tham số nào so với các tiêu chuẩn hiện hành?

Mô hình hiệu chỉnh bổ sung hệ số tương quan $C_{eh}$ (xét độ lệch tâm), $C_{sf}$ và $C_{wf}$ (xét tương quan giữa cốt dọc/cốt đai với tấm bó hông) để tính toán chính xác biến dạng hữu hiệu $\varepsilon_{f,avg}$ của FRP. Đồng thời, mô hình tích hợp hệ số suy giảm diện tích thép $k_{corr,As}$ và giới hạn chảy $k_{corr,fs}$ dựa trên tỷ lệ hao hụt khối lượng $Q_{corr}$ để xây dựng biểu đồ tương tác $P-M$.

5. Tỷ lệ đóng góp chịu lực của lõi bê tông và tấm CFRP trong cột chịu tác động sun-phát được định lượng ra sao?

Kết quả thực nghiệm ở Chương 2 chỉ ra rằng lõi bê tông đóng góp từ $54%$ đến $82%$ trong tổng khả năng chịu nén của cột, trong khi tấm CFRP bó hông đóng góp từ $18%$ đến $46%$. Tỷ lệ đóng góp của CFRP tăng theo số lớp sợi gia cường (từ 1 lên 3 lớp), giảm dần khi cường độ bê tông ban đầu tăng và ít bị ảnh hưởng bởi số chu kỳ tác động của ion sun-phát.

Kết luận

Luận án của tác giả Huỳnh Xuân Tín (2023) đã giải quyết trọn vẹn và định lượng ứng xử chịu nén của cột bê tông cốt thép bị hư hỏng do tác động của ion sun-phát và ăn mòn cốt thép được gia cường bằng tấm sợi CFRP và BFRP thông qua 64 mẫu thí nghiệm quy mô đại diện. Nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả bảo vệ và khống chế suy giảm sức chịu tải của lớp bọc sợi composite, đồng thời làm rõ sự suy giảm hiệu quả bó hông khi độ lệch tâm tăng cao. Các hệ số hiệu chỉnh và quy trình tính toán khả năng chịu nén lệch tâm được đề xuất trong luận án đảm bảo độ tin cậy, an toàn và có giá trị ứng dụng thực tiễn cao cho công tác thiết kế gia cố công trình xây dựng trong môi trường xâm thực.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Cột bê tông cốt thép (BTCT) là một trong những cấu kiện chịu lực chính trong kết cấu công trình, rất nhạy cảm với vấn đề xâm thực do chúng thường tiếp xúc trực tiếp với các yếu tố có hại từ môi trường xung quanh như không khí (ô xi và hơi ẩm), nước (dạng lỏng) và các ion có trong nước như sun-phát, clorua, kiềm…. Các yếu tố này không chỉ gây nên hiện tượng ăn mòn cốt thép mà còn làm suy giảm chất lượng bê tông, đặc biệt giảm mạnh đối với các kết cấu BTCT thường xuyên tiếp xúc với các môi trường biển, môi trường sông ngòi kết hợp với chu kỳ lên – xuống của thủy triều hay môi trường hóa chất công nghiệp. Cơ chế ăn mòn bê tông do ion sun-phát tạo ra các sản phẩm như thạch cao hay ettringite [1]; từ đó, chúng tạo ra các lỗ rỗng và trương nở cục bộ làm cho bê tông trở nên xốp hơn cũng như hình thành các vết nứt. Trong khi đó, tác dụng của ion clorua kết hợp với nước và ô-xi thúc đẩy quá trình tạo ra các hydroxit và ô-xit sắt; từ đó tạo nên gỉ, làm giảm tiết diện thép, giảm dính bám giữa thép với bê tông và trương nở thể tích gây nứt bê tông [2] [3].

Trong môi trường công nghiệp, hàm lượng ion sun-phát cao là nhân tố chính thúc đẩy ăn mòn bê tông [4]. Bên cạnh đó, trong môi trường nhiễm mặn hay cả nước ngọt, ảnh hưởng của chu kỳ khô-ướt do mưa hoặc thủy triều làm xuất hiện các khu vực có độ ẩm 30%-50%, đây là độ ẩm lý tưởng thúc đẩy quá trình tập trung ion clorua gây ra hiện tượng ăn mòn cốt thép. Điều này có thể dễ dàng nhận thấy ở các công trình trong khu vực ven biển của Đồng bằng sông Cửu Long; nơi mà, ăn mòn sun-phát làm xốp, rỗng lớp bê tông bảo vệ của các kết cấu cột hay trụ và tạo điều kiện cho nước, ô xi và ion clorua xâm nhập vào bề mặt hình thành nên gỉ thép. Một khi cốt thép bị ăn mòn, sự trương nở của gỉ thép tạo ra các vết nứt trong bê tông và đẩy nhanh quá trình xuống cấp của kết cấu BTCT.

Tốc độ này có thể khác nhau tùy từng kết cấu cọc trụ cụ thể, mặc dùng chúng có cùng thời gian sử dụng trong cùng môi trường xâm thực. Phương pháp truyền thống để sửa chữa các cột và trụ này là loại bỏ lớp bê tông bị xâm thực, tẩy gỉ cốt thép, khoan cấy thêm cốt thép chịu lực và phục hồi bằng các vật liệu vữa bê tông có cường độ tương đương hoặc cao hơn. Gần đây, giải pháp dùng vật liệu polymer gia cường sợi (FRP) cho việc sửa chữa, gia cường nhằm kéo dài thời gian sử dụng của cấu 1 kiện BTCT nói chung và cột nói riêng đã và đang nhận được sự quan tâm rất lớn từ các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp nhờ vào các ưu điểm của vật liệu FRP như không bị ăn mòn, có cường độ chịu kéo cao, trọng lượng bản thân nhẹ, không nhiễm từ và nhiễm điện, dễ thi công và lắp đặt. Tuy ảnh hưởng của ion sun-phát đến sự ăn mòn bê tông có thể tìm thấy trong nhiều nghiên cứu [1] [5] [6] nhưng số lượng nghiên cứu về ảnh hưởng của ion này tới cột BTCT gia cường tấm FRP là rất hạn chế cho đến hiện nay.

Zhou và cộng sự trong nghiên cứu [7] đã thực hiện khảo sát thực nghiệm về ảnh hưởng của chu kỳ khô – ướt của môi trường ma-giê sun-phát trong vòng 120 ngày đến sự suy giảm cường độ của bê tông cột và hiệu quả gia cường bó hông của tấm CFRP cho cột bê tông không có cốt thép chịu nén đúng tâm. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng có sự suy biến đột ngột về cường độ bê tông của cột và khả năng chịu lực của cột gia cường; tuy vậy, mẫu cột trong nghiên cứu này có kích thước nhỏ (mẫu trụ 150×300mm) và không có cốt thép nên ít nhiều làm mất đi tính thực tế của kết quả nghiên cứu. Ngoài ra, một khi cột tiếp xúc với môi trường nước theo chu kỳ trong một thời gian đủ dài, nước thẩm thấu vào lõi bê tông làm ăn mòn cốt thép, gây nên sự trương nở thể tích và có thể làm xuất hiện các vi vết nứt trong bê tông cột, làm ảnh hưởng đến ứng xử của cột và tác động đến ứng xử bó hông của tấm CFRP. Thực tế này cho thấy rất cần có một nghiên cứu đầy đủ hơn, đặc biệt trên các mẫu thí nghiệm có kích thước đủ lớn, có cấu tạo cốt thép gần giống với thực tế và phản ánh gần nhất hiện trạng của cấu kiện đã bị ảnh hưởng bởi môi trường, để có thể làm sáng tỏ hơn nữa ảnh hưởng của yếu tố sun-phát đến hiệu quả gia cường bó hông của tấm CFRP, mức độ tham gia của từng thành phần như lõi bê tông và tấm CFRP trong tổng khả năng chịu lực của cột, độ cứng dọc trục, biến dạng và độ dẻo dai của cột BTCT được gia cường bó hông bằng tấm CFRP theo tác động của các chu kỳ khô/ướt.

Liên quan đến ảnh hưởng của sự ăn mòn cốt thép trong cột, từ những năm 1990s cho đến nay, nhiều nghiên cứu liên quan đến ứng xử nén đúng tâm của cột BTCT được bó hông bằng tấm CFRP/GFRP đã được triển khai liên tục và mang tính hệ thống như [8-26]. Các nghiên cứu này đều cho thấy tấm CFRP giúp gia cường hoặc phục hồi tốt khả năng chịu lực của cột nhờ vào hiệu ứng bó hông; đồng thời ngăn chặn hiệu quả sự xâm nhập của ion clo, oxi, ion sun-phát và nước vào bê tông, làm giảm 2 tốc độ ăn mòn của bê tông và cốt thép trong cột. Tuy vậy, trong thực tế, cột trong kết cấu công trình hầu hết đều có ứng xử chịu nén lệch tâm. Khác với cột nén đúng 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 tấm CFRP, và vì vậy, sự gia tăng về cường độ cũng như độ dẻo dai của cột gia cường chịu nén lệch tâm không còn nhiều như khi cột gia cường chịu nén đúng tâm [27].

Cũng cần phải nói thêm rằng, việc ngăn chặn hoàn toàn quá trình ăn mòn của cốt thép đã trong tình trạng bị ăn mòn trong cột BTCT sau một thời gian sử dụng là thật sự khó khăn về mặt kỹ thuật và rất tốn kém. Tấm FRP giúp làm chậm đi quá trình ăn mòn này, nhưng nó vẫn có thể tiếp diễn. Sự ăn mòn của cốt đai trong cột BTCT làm suy yếu khả năng kháng nở hông của chúng và gây nên hiện tượng bong tách cục bộ lớp bê tông bảo vệ vốn được liên kết chặt với tấm FRP được gia cường ở mặt ngoài của cột. Sự ăn mòn của cốt dọc trong cột gây nên sự trương nở thể tích của cốt thép, làm xuất hiện các vết nứt dọc theo trục cốt thép; điều này làm giảm khả năng bám dính giữa bê tông - cốt thép và khả năng chịu mô-men của cột khi chịu nén lệch tâm.

Cho đến hiện nay, các nghiên cứu liên quan đến việc đánh giá ảnh hưởng của mức độ ăn mòn của cốt thép chịu lực (cốt dọc và đai) đến hiệu quả gia cường của tấm FRP và các đặc trưng kết cấu (cường độ, khả năng biến dạng và độ dẻo dai) của cột BTCT chịu nén lệch tâm là rất hạn chế. Đáng nói là, so với tấm CFRP, tấm BFRP mặc dù có cường độ và mô-đun đàn hồi thấp hơn, nhưng lại có khả năng biến dạng tốt hơn và có giá thành thấp hơn đáng kể. Tấm BFRP hoàn toàn có thể là giải pháp gia cường mang tính kinh tế hơn. Tuy vậy, cho đến thời điểm hiện tại, vẫn chưa thấy một nghiên cứu nào đề cập đến hiệu quả gia cường bó hông của tấm BFRP cho trường hợp cột BTCT bị ăn mòn.

Các điều khoản nhằm xác định khả năng chịu nén lệch tâm của cột BTCT có cốt thép bị ăn mòn được bó hông bằng tấm FRP vẫn chưa được trình bày rõ trong một số hướng dẫn thiết kế kết cấu BTCT gia cường bằng tấm FRP hiện nay như [28], [29], [30] và [31]. Một vài nghiên cứu như [32] và [33] sử dụng biểu đồ tương tác P – M được xây dựng trên các phương trình cân bằng lực và mô-men truyền thống dựa trên mặt cắt tiết diện nguy hiểm nhất để xác định khả năng chịu nén lệch tâm của cột BTCT có cốt thép bị ăn mòn được bó hông bằng tấm FRP; trong đó, khả năng chịu nén của cột được xét tăng thêm do ảnh hưởng bởi ứng suất bó hông tạo nên bởi tấm 3 FRP. Mô hình [32] có xét đến ảnh hưởng của mức độ ăn mòn của cốt thép dọc chịu lực đến khả năng chịu nén của cột thông qua hệ số chiết giảm diện tích tiết diện của cốt thép. Nghiên cứu [33] đề xuất xác định khả năng chịu nén lệch tâm của cột gia cường tấm CFRP có xét đến ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đai bằng cách sử dụng hệ số chiết giảm ứng suất bó hông của tấm CFRP; tuy nhiên, nghiên cứu chưa đánh giá được ảnh hưởng của mức độ ăn mòn của cốt dọc.

Thêm vào đó, tất cả các mô hình tính trong các hướng dẫn thiết kế và tài liệu vừa nêu trên đều chưa đề cập đến ảnh hưởng của độ lệch tâm đến hiệu quả gia cường bó hông của tấm FRP, trong khi, kết quả thực nghiệm từ nghiên cứu [32] và [34] đã chỉ ra rằng hiệu quả gia cường bó hông của tấm CFRP tỉ lệ nghịch với độ lệch tâm của cột. Việc xây dựng một mô hình tính có thể kể đến được sự ảnh hưởng đồng thời của cả mức độ ăn mòn cốt thép chịu lực (cốt dọc và cốt đai) và độ lệch tâm đến hiệu quả bó hông của tấm CFRP/BFRP cho cột BTCT nhằm giúp cho công tác thiết kế được an toàn và kinh tế hơn, vì vậy, là thật sự cần thiết. Từ những vấn đề vừa nêu trên, luận án này tập trung làm rõ một cách định lượng và có hệ thống về ứng xử nén của cột BTCT có bê tông bị suy biến bởi tác động bởi ion sun-phát và cốt thép chịu lực bị ăn mòn được bó hông bằng tấm sợi các-bon (CFRP) và tấm sợi ba-zan (BFRP).