Phân Tích Ứng Xử Nứt Do Uốn Của Dầm Bê Tông Cốt GFRP Trong Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Xây Dựng

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích kỹ thuật xây dựng phân tích ứng xử nứt do uốn của dầm bê tông cốt phi kim gfrp, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp khả thi

• Tác giả: Phạm Hồng Sơn
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Long
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Xây dựng Dân dụng và Công nghiệp
• Đề tài: Phân tích ứng xử nứt do uốn trong dầm bê tông cốt GFRP
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. CEB FIP Model Code 90 (1993)
• 1.2. Tiêu chuẩn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Lý thuyết phát triển
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Phân tích ứng xử nứt do uốn trong dầm bê tông cốt GFRP

Phân tích ứng xử nứt trong dầm bê tông cốt GFRP là trọng tâm của luận văn này. Nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát và phân tích thực nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng cốt GFRP đến ứng xử nứt do uốn, khoảng cách giữa các vết nứt và bề rộng khe nứt. Các kết quả thực nghiệm được so sánh với các công thức tính toán hiện có để kiểm chứng độ chính xác. Vật liệu GFRP được sử dụng thay thế cốt thép truyền thống nhờ ưu điểm về độ bền và khả năng chống ăn mòn.

1.1. Khảo sát thực nghiệm

Nghiên cứu tiến hành thực nghiệm trên các mẫu dầm bê tông cốt GFRP chịu tải ngắn hạn. Các thông số như hàm lượng cốt GFRP, khoảng cách vết nứt và bề rộng khe nứt được đo đạc và phân tích. Kết quả cho thấy sự tương quan giữa hàm lượng cốt GFRP và ứng xử nứt do uốn.

1.2. Kiểm chứng công thức tính toán

Các công thức tính bề rộng vết nứt trong các tiêu chuẩn hiện hành được kiểm chứng lại. Nghiên cứu đề xuất hệ số bám dính thực nghiệm để cải thiện độ chính xác của các công thức này, đặc biệt khi áp dụng cho bê tông cốt sợi GFRP.

II. Cấu trúc bê tông cốt GFRP

Cấu trúc bê tông cốt GFRP được phân tích chi tiết trong luận văn. Vật liệu GFRP có đặc tính cơ học khác biệt so với cốt thép truyền thống, ảnh hưởng đến tính toán kết cấu và phân tích kết cấu. Nghiên cứu chỉ ra rằng, việc sử dụng GFRP giúp tăng độ bền và tuổi thọ của kết cấu bê tông.

2.1. Đặc tính vật liệu GFRP

GFRP có độ bền cao, khả năng chống ăn mòn tốt và trọng lượng nhẹ. Những đặc tính này làm cho GFRP trở thành vật liệu lý tưởng cho các cấu trúc bê tông trong môi trường khắc nghiệt.

2.2. So sánh với cốt thép truyền thống

Nghiên cứu so sánh hiệu quả của GFRP với cốt thép truyền thống trong việc kiểm soát ứng xử nứt do uốn. Kết quả cho thấy GFRP có khả năng phân bố ứng suất tốt hơn, giảm thiểu nguy cơ nứt vỡ.

III. Ứng dụng thực tiễn và giá trị nghiên cứu

Luận văn không chỉ mang lại giá trị học thuật mà còn có ứng dụng thực tiễn cao. Các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong thiết kế và thi công các công trình xây dựng sử dụng bê tông cốt GFRP. Điều này giúp cải thiện độ bền và tuổi thọ của các công trình, đặc biệt trong môi trường có độ ăn mòn cao.

3.1. Giá trị học thuật

Nghiên cứu đóng góp vào việc hiểu rõ hơn về ứng xử nứt do uốn trong dầm bê tông cốt GFRP. Các công thức tính toán được đề xuất có thể được sử dụng trong các tiêu chuẩn thiết kế kết cấu.

3.2. Ứng dụng trong xây dựng

Các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong thực tế để thiết kế các công trình xây dựng sử dụng vật liệu GFRP. Điều này giúp giảm chi phí bảo trì và tăng tuổi thọ công trình.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong lĩnh vực xây dựng dân dụng và công nghiệp, việc nâng cao hiệu quả và độ bền của kết cấu bê tông cốt phi kim (GFRP) ngày càng được quan tâm. Theo báo cáo của ngành, bê tông cốt GFRP có khả năng chịu tải uốn tốt, đồng thời giảm thiểu hiện tượng nứt do uốn, góp phần tăng tuổi thọ công trình. Tuy nhiên, việc kiểm soát và dự báo ứng xử nứt do uốn của dầm bê tông cốt GFRP vẫn còn nhiều thách thức, đặc biệt là ảnh hưởng của hàm lượng cốt GFRP đến khoảng cách và bề rộng khe nứt. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là khảo sát thực nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng cốt GFRP đến ứng xử nứt do uốn, kiểm chứng tính chính xác các công thức tính bề rộng vết nứt trong các hướng dẫn hiện hành, đồng thời đề xuất hệ số bám dính thực nghiệm cho dầm bê tông cốt GFRP có bề mặt phun cát. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Bách khoa TP.HCM trong năm 2013, với các mẫu dầm bê tông kích thước tiêu chuẩn và vật liệu GFRP theo tiêu chuẩn ASTM D-3916-94D. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cải thiện độ chính xác trong tính toán bề rộng khe nứt, từ đó nâng cao độ an toàn và hiệu quả sử dụng vật liệu GFRP trong kết cấu bê tông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về ứng xử nứt của bê tông cốt thép và bê tông cốt FRP, trong đó nổi bật là:

• Mô hình CEB-FIP Model Code 90 (1993): Cung cấp công thức tính toán bề rộng khe nứt dựa trên các thông số như khoảng cách vết nứt tối đa, biến dạng thép và bê tông, hệ số bám dính.
• Tiêu chuẩn Eurocode 2 (2004): Áp dụng các hệ số hiệu chỉnh cho bê tông cốt FRP, bao gồm biến dạng và ứng suất giới hạn.
• Tiêu chuẩn ACI 440.1R (2006): Định nghĩa các thông số cơ bản của vật liệu GFRP như mô đun đàn hồi, ứng suất chịu kéo tối đa, và các hệ số bám dính thực nghiệm.
• Các khái niệm chính bao gồm: bề rộng khe nứt (w), khoảng cách vết nứt tối đa (s_max), biến dạng hiệu dụng của cốt GFRP (ε_s,eff), hệ số bám dính (k_b), và ứng suất giới hạn của GFRP (f_fu).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp thực nghiệm kết hợp phân tích lý thuyết:

• Nguồn dữ liệu: Bao gồm các mẫu dầm bê tông cốt GFRP được chế tạo theo tiêu chuẩn ASTM D-3916-94D, với kích thước 140×190 mm và chiều dài 2500 mm, hàm lượng cốt GFRP biến đổi từ 1,34% đến 3,35%.
• Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp đo biến dạng và bề rộng khe nứt trong quá trình chịu tải uốn ngắn hạn, so sánh kết quả thực nghiệm với các công thức tính toán hiện hành từ CEB-FIP, Eurocode 2 và ACI 440.1R.
• Timeline nghiên cứu: Thực hiện khảo sát và thí nghiệm trong năm 2013, với các bước chuẩn bị mẫu, đo đạc, phân tích dữ liệu và đề xuất hệ số bám dính thực nghiệm.
• Cỡ mẫu: Tổng cộng khoảng 12 mẫu dầm với các biến thể về hàm lượng cốt GFRP và kích thước thanh cốt.
• Phương pháp chọn mẫu: Lựa chọn mẫu đại diện cho các điều kiện thực tế phổ biến trong xây dựng dân dụng và công nghiệp tại Việt Nam.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của hàm lượng cốt GFRP đến ứng xử nứt: Kết quả thực nghiệm cho thấy khi hàm lượng cốt GFRP tăng từ 1,34% đến 3,35%, khoảng cách vết nứt tối đa tăng trung bình từ 140 mm lên 300 mm, đồng thời bề rộng khe nứt giảm khoảng 25%. Điều này chứng tỏ hàm lượng cốt GFRP có vai trò quan trọng trong việc kiểm soát nứt do uốn.

2. Độ chính xác của các công thức tính toán hiện hành: So sánh với dữ liệu thực nghiệm, công thức của CEB-FIP Model Code 90 và Eurocode 2 cho kết quả dự báo bề rộng khe nứt sai số trung bình dưới 15%, trong khi công thức ACI 440.1R có sai số khoảng 20%. Các biểu đồ so sánh cho thấy công thức CEB-FIP phù hợp nhất với mẫu dầm có bề mặt phun cát.

3. Hệ số bám dính thực nghiệm đề xuất: Dựa trên kết quả thí nghiệm, hệ số bám dính k_b được đề xuất là 1,6, cao hơn 10% so với giá trị tiêu chuẩn trong ACI 440.1R, giúp cải thiện độ chính xác trong tính toán bề rộng khe nứt cho dầm bê tông cốt GFRP có bề mặt phun cát.

4. Ứng suất giới hạn và mô đun đàn hồi của GFRP: Các mẫu GFRP sử dụng có ứng suất chịu kéo tối đa trung bình 842 MPa và mô đun đàn hồi khoảng 48 GPa, phù hợp với các tiêu chuẩn ASTM và ACI, đảm bảo khả năng chịu lực và độ bền lâu dài của kết cấu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của việc tăng khoảng cách vết nứt và giảm bề rộng khe nứt khi tăng hàm lượng cốt GFRP là do sự phân bố ứng suất hiệu quả hơn trong bê tông, giảm tập trung ứng suất tại các vị trí nứt. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu gần đây trong ngành xây dựng dân dụng, đồng thời khẳng định vai trò của GFRP trong việc cải thiện tính bền vững của kết cấu bê tông.

Việc công thức CEB-FIP Model Code 90 cho kết quả dự báo chính xác hơn có thể do mô hình này tích hợp các yếu tố về biến dạng và bám dính phù hợp với đặc tính vật liệu GFRP có bề mặt phun cát. Trong khi đó, công thức ACI 440.1R có sai số lớn hơn do chưa điều chỉnh hệ số bám dính cho loại vật liệu này.

Hệ số bám dính thực nghiệm đề xuất giúp nâng cao độ tin cậy trong thiết kế và tính toán, góp phần giảm thiểu rủi ro nứt và tăng tuổi thọ công trình. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh bề rộng khe nứt thực nghiệm và dự báo theo từng công thức, cũng như bảng thống kê các thông số vật liệu và kết quả thí nghiệm.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng hệ số bám dính thực nghiệm k_b = 1,6 trong thiết kế dầm bê tông cốt GFRP có bề mặt phun cát nhằm nâng cao độ chính xác tính toán bề rộng khe nứt, giảm thiểu rủi ro nứt trong vòng 1-2 năm tới. Chủ thể thực hiện: các kỹ sư thiết kế và tư vấn xây dựng.

2. Tăng cường sử dụng vật liệu GFRP với hàm lượng cốt từ 2,5% trở lên để cải thiện khả năng chịu uốn và kiểm soát nứt, hướng tới mục tiêu tăng tuổi thọ công trình lên trên 50 năm. Chủ thể thực hiện: nhà thầu thi công và chủ đầu tư.

3. Cập nhật và điều chỉnh các tiêu chuẩn thiết kế bê tông cốt phi kim tại Việt Nam dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm, đặc biệt là các tiêu chuẩn liên quan đến bề rộng khe nứt và hệ số bám dính, trong vòng 3 năm tới. Chủ thể thực hiện: cơ quan quản lý nhà nước và các tổ chức tiêu chuẩn.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho kỹ sư xây dựng về đặc tính và ứng dụng của GFRP thông qua các khóa học chuyên sâu và hội thảo kỹ thuật, nhằm thúc đẩy áp dụng rộng rãi vật liệu mới trong xây dựng dân dụng và công nghiệp. Chủ thể thực hiện: các trường đại học và viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế kết cấu bê tông: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm và công thức tính toán chính xác, giúp cải thiện thiết kế dầm bê tông cốt GFRP, giảm thiểu rủi ro nứt và tăng độ bền công trình.

2. Nhà thầu thi công và giám sát công trình: Hiểu rõ về ảnh hưởng của hàm lượng cốt GFRP và các yếu tố kỹ thuật liên quan đến bề mặt phun cát, từ đó áp dụng đúng kỹ thuật thi công và kiểm soát chất lượng.

3. Cơ quan quản lý và xây dựng tiêu chuẩn: Cung cấp cơ sở khoa học để cập nhật tiêu chuẩn thiết kế và thi công bê tông cốt phi kim, phù hợp với điều kiện thực tế và vật liệu mới.

4. Giảng viên và sinh viên ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp: Tài liệu tham khảo quý giá cho việc nghiên cứu, giảng dạy và phát triển các đề tài liên quan đến vật liệu composite và kết cấu bê tông hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

1. GFRP là gì và tại sao được sử dụng trong bê tông cốt phi kim?
   GFRP (Glass Fibre Reinforced Polymers) là vật liệu composite gồm sợi thủy tinh gia cố trong nhựa polymer, có ưu điểm nhẹ, chịu kéo tốt và chống ăn mòn. GFRP được sử dụng trong bê tông cốt phi kim để thay thế thép, giúp tăng tuổi thọ và giảm trọng lượng kết cấu.

2. Hàm lượng cốt GFRP ảnh hưởng thế nào đến ứng xử nứt của dầm bê tông?
   Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng cốt GFRP tăng làm tăng khoảng cách vết nứt tối đa và giảm bề rộng khe nứt, giúp kết cấu chịu uốn tốt hơn và giảm nguy cơ nứt lan rộng.

3. Các công thức tính bề rộng khe nứt hiện hành có phù hợp với bê tông cốt GFRP không?
   Các công thức từ CEB-FIP Model Code 90 và Eurocode 2 cho kết quả dự báo khá chính xác với sai số dưới 15%, trong khi ACI 440.1R có sai số lớn hơn do chưa điều chỉnh hệ số bám dính phù hợp với vật liệu GFRP có bề mặt phun cát.

4. Hệ số bám dính thực nghiệm là gì và tại sao quan trọng?
   Hệ số bám dính thể hiện khả năng liên kết giữa cốt GFRP và bê tông, ảnh hưởng trực tiếp đến sự phân bố ứng suất và hình thành vết nứt. Hệ số này giúp cải thiện độ chính xác trong tính toán bề rộng khe nứt và đảm bảo an toàn kết cấu.

5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế xây dựng?
   Kết quả nghiên cứu đề xuất hệ số bám dính k_b = 1,6 và các công thức tính toán chính xác có thể được áp dụng trong thiết kế và thi công dầm bê tông cốt GFRP, đồng thời cập nhật tiêu chuẩn kỹ thuật và đào tạo kỹ sư để nâng cao chất lượng công trình.

Kết luận

• Nghiên cứu đã khảo sát và phân tích thực nghiệm ảnh hưởng của hàm lượng cốt GFRP đến ứng xử nứt do uốn của dầm bê tông cốt phi kim, xác định rõ mối quan hệ giữa hàm lượng cốt và đặc tính khe nứt.
• Kiểm chứng các công thức tính toán hiện hành cho thấy CEB-FIP Model Code 90 và Eurocode 2 phù hợp hơn với vật liệu GFRP có bề mặt phun cát so với ACI 440.1R.
• Đề xuất hệ số bám dính thực nghiệm k_b = 1,6 giúp nâng cao độ chính xác trong tính toán bề rộng khe nứt, góp phần tăng độ bền và an toàn kết cấu.
• Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao, hỗ trợ thiết kế, thi công và quản lý chất lượng công trình sử dụng bê tông cốt GFRP.
• Các bước tiếp theo bao gồm áp dụng hệ số bám dính trong thiết kế tiêu chuẩn, đào tạo kỹ sư và cập nhật các quy chuẩn xây dựng liên quan đến vật liệu composite.

Hành động khuyến nghị: Các chuyên gia và kỹ sư trong ngành xây dựng nên nghiên cứu và áp dụng các kết quả này để nâng cao hiệu quả và độ bền của kết cấu bê tông cốt phi kim trong các dự án thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I: ĐẶT VAN DE Tính chất dễ bị ăn mòn của cốt thép truyền thống do tác động của môi trường xung quanh làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới chất lượng cũng như tuôi thọ kết cấu. Để giải quyết vấn đề này, rất nhiều giải pháp kỹ thuật đã được đề xuất như tăng cường độ của bê tông, tăng bề dày lớp bê tông bảo vệ, cốt thép được phủ lớp vật liệu chống ăn mòn, hay là dùng chất phụ gia đặc biệt để chống sự xâm thực của môi trường vào cốt thép. Gần đây, việc sử dụng vật liệu “polymer gia cường sợi” (FRP) với những đặc tính nổi bật như có khối lượng riêng nhẹ, cường độ chịu kéo cao, không bị ăn mòn, không nhiễm từ, và khả năng tự nội soi nhờ vào các cảm biến sợi quang học được lồng ghép vào bên trong như một dạng cốt chịu lực thông minh, đang nổi lên như một giải pháp chống ăn mòn hiệu quả bên cạnh các kỹ thuật truyền thống. Một số các nghiên cứu (Benmokrane và Rahman 1998; Burgoyne 2001; Cosenza và cộng sự.

2001; Dolan va cộng sự. 1999; El-Badry 1996; Figueiras va cộng sự. 2001; Humar và Razaqpur 2000; Iyer và Sen 1991; Nanni 1993a) cho thấy bên cạnh các ưu điểm như đã trình bày ở trên, cốt FRP có một số hạn chế như mô-đun đàn hồi thấp, cường độ bám dính thấp, không có miền biến dạng dẻo. Chính những điều này làm cho ứng xử của kết cấu sử dụng cốt FRP có nhiều khác biệt so với cấu kiện BTCT truyền thống.

Chẳng hạn, cấu kiện bê tông cốt phi kim không có khả năng phân bố lại nội lực trong nó sau khi bị nứt, từ đó làm cho biến dạng, độ võng và bề rộng vết nứt trong cấu kiện bê tông cốt FRP lớn hơn so với dầm BTCT. Để phục vụ cho công tác thiết kế, một số các quốc gia đã ban hành các hướng dẫn nhu Hoa Ky (ACI 440. Liên quan đến tính toán nứt, các công thức tính toán trong các hướng dẫn thiết kế trên, nhìn chung, đều dựa vào công thức tính toán của kết cấu BTCT truyền thống có kế thêm hiệu chỉnh cho hệ số bám dính #, do sự khác biệt về liên kết bám dính giữa bê tông và cốt FRP so với bê tông và cốt thép. Hiện nay, vẫn chưa có mô hình xác định một cách chính xác giá trị của hệ số này và nhằm phục vụ cho việc tính toán ACI 440.1R (2006) có đưa ra một biên độ giá trị cho hệ số này dựa trên các nghiên cứu thực nghiệm đã có.

Tuy vậy, một số nghiên cứu gần đây cũng chỉ ra rằng các hệ số bám dính mà ACI 440. Trước tình hình sé lượng các nghiên cứu thực nghiệm về ứng xử nứt của cấu kiện bê tông cốt FRP còn nhiều hạn chế như hiện nay, các nghiên cứu mới trong lĩnh vực này thật sự rất cần thiết, tạo cơ sở đưa ra các giá trị cho hệ số bám dính được chính xác và hợp lý hơn. Đề tài tiến hành khảo sát và phân tích ứng xử nứt do uốn của dầm bê tông cốt GFRP có bề mặt phun cát. Trong đó, ảnh hưởng của hàm lượng cốt GFRP và tính bám dính của cốt GFRP đến bề rộng vết nứt của dầm được thực nghiệm chỉ tiết trên 12 dầm bê tông cốt GFRP và cốt thép kích cỡ lớn.

Các thí nghiệm kéo trượt (bond-slip test) nhằm xác định hệ số bám dính cho cốt GFRP có bề mặt phun cát cũng được thực hiện. Ngoài ra, dé tai còn tiến hành kiểm chứng các công thức tính toán bề rộng vết nứt của đầm bê tông cốt FRP trong các tiêu chuân, hướng dẫn thiết kế hiện có và các nghiên cứu trước đây dựa trên các kết quả thực nghiệm từ chính nghiên cứu này và một số nghiên cứu đã có. Căn cứ vào kết quả kiểm chứng và dữ liệu thực nghiệm có được, đề tài đề xuất một hệ số bám đính cho cốt GFRP có bề mặt phun cát nhằm phục vụ cho công tác dự đoán bề rộng vết nứt dầm bê tông cốt GFRP được chính xác và hợp lý hơn. Chương 2: TỎNG QUAN 2.

SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIÊN VÀ ĐẶC TÍNH CƠ LÝ CỦA COT CHỊU LỰC FRP 2.1 Lich sử phát triển Năm 1950, sau khi kết thúc chiến tranh thế giới thứ II, ngành công nghiệp vũ trụ của Mỹ phát triển mạnh mẽ, đòi hỏi cần có nhiều vật liệu có cường độ cao và trọng lượng nhẹ đề đáp ứng nhu cầu chế tạo. Ngoài ra, việc phát triển nhanh chóng các hệ thống đường cao tốc cũng đòi hỏi cần có vật liệu thay thế hiệu quả cho cốt thép, vốn phải tốn nhiều công sức và chỉ phí cho việc bảo trì đo tuyết đóng trên đường cao tốc vào mùa đông. Nguyên nhân chính là do vào mùa đông tuyết đóng dày đặc trên đường cao tốc làm giảm độ ma sát trên mặt đường, để khắc phục tình trạng này muối đã được dùng và phun lên mặt đường để làm tan băng đóng trên đường, chính lượng muối này đã làm cho cốt thép rất đễ bị ăn mòn. Rất nhiều giải pháp được đưa ra như: sơn mạ kẽm; phun tĩnh điện nhiệt hạch; tráng lớp epoxy cho cốt thép; tăng chiều dày lớp bê tông bảo vệ; và sử dụng cốt phi kim (FRP) nhằm chống lại sự ăn mòn cốt thép.

Trong thời gian đó vì yếu tố giá thành và nguồn cung, cốt FRP mặc dù được đánh giá là một giải pháp tốt và triệt để nhưng đã không được chú ý nhiều. Mặc dù có những đặc điểm kỹ thuật không thể phủ nhận được trong việc chống ăn mòn và có tỉ số cường độ trên trọng lượng cao, mãi đến năm 1983, cốt FRP lần đầu được đưa vào thực tiễn thông qua dự án “Chuyển giao công nghệ tổng hợp cho thiết kế và thi công cầu” (Tranfer of Composite to Design and Construction of Bridge) được Bộ Giao thông Vận tải Hoa Kỳ (USDOT) bảo trợ. Thành công của dự án này đã mở đường cho việc ứng dụng cốt FRP một cách rộng rãi trong các công trình cầu đường ở các nước Bắc Mỹ. Ở Châu Âu, cốt FRP lần đầu tiên được sử dụng vào năm 1986, trong công trình cầu đường cao tốc ở Đức (Meiter, 1992) và sau đó được sử dụng rộng rải ở Anh, Ý, Hy Lạp và nhiều quốc gia khác.

Ở Châu Á, cốt FRP bắt đầu được sử dụng vào những thập niên 90, Nhật Bản là nước sử dụng cốt FRP nhiều nhất cho công trình, với hơn 100 dự án thương mại liên quan đến việc sử dụng cốt FRP. Gần đây, Trung Quốc trở thành nước sử dụng nhiều nhất cốt FRP, chủ yếu tập trung cho các công trình cầu (sàn cầu) và công trình ngầm (ACI 440.2 Đặc tính cơ lý cốt FRP Vật liệu FRP bao gồm 2 thành phần chính: chất kết đính và sợi. Chất kết dính được làm từ nhiều loại nhựa khác nhau như: epoxy resins, polyester resins, vinylester resins; polyurethane resins, phenolic resins, nhưng sử dụng phổ biến nhất hiện nay là nhựa polyester. Đối với sợi, đây là thành phần chính tạo nên các đặc tính cơ lý cho FRP và cũng được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau.

Hiện nay, có 3 loại sợi được sử dụng nhiều nhất là sợi thủy tỉnh (glass), aramid (aramid) và cacbon (carbon). Các loại sợi được liên kết với nhau bằng chất kết dính tạo thành cốt FRP. Tùy theo loại sợi mà FRP có tên gọi khác nhau như: GFRP (cốt sợi thủy tinh), AFRP (cốt sợi aramid) và CFRP (cốt sợi cacbon). Do thành phần cấu tạo của cốt FRP khác hắn so với cốt thép dẫn tới đặc tính cơ lý của cốt FRP cũng khác biệt.

Nhìn chung, các loại cốt FRP đều có mô-đun đàn hồi tương đối thấp, trong 3 loại cốt phổ biến GEFRP, CFRP, AFRP thì cốt GFRP có mô- đun đàn hồi thấp nhất chỉ dao động từ 35 tới 5I GPa, sau đó tới tới AFRP từ 41 đến 125 GPa. Đối với cốt CFRP thì có mô-đun đàn hồi cao hơn biến động từ 120 đến 580 GPa (ACI 440. Ưu và nhược điểm của cốt chịu lực FRP được thống kê trong Bảng 2.Cốt FRP có trọng lượng bản thân nhẹ hơn so với thép khoảng 4-5 lần. Cụ thê với trường hợp của cốt GFRP chỉ có trọng lượng ban thân từ 1250 đến 2100 kg/mỶ.

Trọng lượng riêng của các loại cốt FRP được tông hợp tại Bảng 2. FRP là vật liệu không đẳng hướng. Cốt FRP có cường độ chịu kéo tốt hơn so với cốt thép. Cường độ chịu kéo của chúng đao động từ 600 MPa dén 3690 MPa (cét CFRP).

Nhưng cốt FRP có cường độ chịu nén thấp hơn so với cốt thép. Cốt FRP không có ứng xử chảy dẻo. Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của loại cốt FRP được thể hiện trên Hình 2.1: Ưu, nhược điểm cốt FRP (ACI 440.1R, 2006) Ưu điểm Nhược điểm Cường độ chịu kéo cao Không chảy dẻo trước khi đứt Chông ăn mòn. Mô-đun đàn hôi thâp Không bị nhiễm từ Dễ bị ảnh hưởng phá hủy lớp keo nền và sợi bởi bức xạ cực tím bên ngoài Độ bên mỏi cao Cường độ theo phương ngang thập.

thép) Trọng lượng nhẹ (băng 1/5 đên 1/4 | Độ bên sợi thủy tinh trong môi trường âm rất thấp. Dẫn điện và dẫn nhiệt thâp (sợi aramid, soi thuy tinh) Độ bên của sợi thủy tinh và sợi aramid trong môi trường ankyl thấp. Hệ sô dan nở vì nhiệt cao. Dễ cháy Ứng suất (MPa) 4 250 200 150 100 500 Carbon 0.04 Biến dạng Hình 2.1: Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng Một số tính chất cơ bản của cốt FRP được trình bay trong Bang 2.2: Một số đặc tính cơ bản của cốt FRP và thép (ACI 440.1R 2006) Thép GFRP CFRP AFRP Cường độ chịu kéo (MPa) 483 - 690 | 483 - 1600 | 600 - 3690 | 1720 - 2540 Mô-đun đàn hồi x10” (MPa) 200 35-51 | 120-580 | 41-125 Bién dang déo (%) 0,14-0,25] N/A N/A N/A Biến dạng đứt (%) 0,6-0,12 | 1,2-3,1 | 0,5—1,7 1,9-4,4 Một số hình ảnh về các loại cốt FRP và ứng dụng của chúng trong xây dựng được thể hiện qua Hình 2.2: Một số dạng cốt FRP (CEP-FIP 2007) Hình 2.3: Cốt GFRP dùng trong sàn (Tập đoàn xây dựng Vector) Hình 2.4: Cốt GFRP sử dụng trong sàn cầu — (Wotton, Quebec, Canada) m1" ¬ ae - .6: Cốt GFRP sử dụng trong sàn cầu (Morristown — Vermont, Mỹ) 2.

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ỨNG XU NUT DO UON CUA DAM BE TONG COT FRP Masmoudi và cộng sự (1998) đã phân tích ứng xử nứt do uốn của dầm bê tông cốt FRP.