Chương 1: GIỚI THIỆU Công tác gia cường kết cấu hiện nay thường được thực hiện bằng cách sử dụng các vật liệu và kỹ thuật truyền thống như: () dán thép tam lên bề mặt kết cấu; (2?) tăng kích thước tiết điện của kết cấu bang cách phủ thêm lớp áo thép hoặc bê tông; và (3i) tao thêm ứng suất có lợi bằng phương pháp căng sau. Gan đây, vật liệu “polymer gia cường sợi” (FRP) với những đặc tính nôi bật như có khối lượng riêng nhẹ, cường độ chịu kéo cao, không bị ăn mòn, không bị nhiễm từ, và khả năng tự nội soi nhờ vào các cảm biến sợi quang được lồng ghép vào bên trong như một dạng cốt chịu lực thông minh, đang nổi lên như một giải pháp gia cường hiệu qua bên cạnh các kỹ thuật truyền thống. Tuy nhiên, hiện nay kỹ thuật gia cường dùng tam FRP van còn chưa được ứng dụng rộng rãi trong thực tế như mong đợi. Một trong những nguyên nhân chính là do sự hiểu biết của các kỹ sư và ngay cả của các nhà nghiên cứu về ứng xử của dạng kết cầu này vẫn còn chưa day đủ, đặc biệt là ứng xử cắt (Pellegrineand Modena, 2006).
Khả năng kháng cắt của dầm bê tông cốt thép (BTCT) gia cường tam FRP chịu anh hưởng chủ yêu bởi sự làm việc của tâm FRP. Theo một sô nghiên cứu c đã có (ïReWael + RRMA h to Vea SACK, Rt : ore To Ca a py /. IAAT ae Sa VaẦ INGRAM, SON 22/22 ANOLE OF TÃOUSS€GiIDAE2 Ya Wildlial, 4 “3| ygQ4 (uất i \Ý “O1 4 fYT/C*®E Y3? area NI eebes PARAS Fe để %3 + wht PRR § 2® Ry Ty yy ì ^ 3 He gary R ah TÊN CN ẻ Xà 13 PRS 3 1a na +“. toa? x ^ ¬ maa PT RA SP De PRR ES Pees t len pease.
Mm Get Senet erie PERERA? Bee CXÝS |4 ĐỘ Wc reas ay sey ik H ì H làm việc của tim FRP được quyết định bởi một số yếu tố như kích thướctiết điện dầm, bề mặt thi công dán tam, hàm lượng cốt đọc, hàm lượng cốt đai, hàm lượng tắm, hướng sợi gia cường, kiểu dan (2 mặt, chữ U hay bọc toàn bộ), loại tâm và cường độ bê tông dầm cũng như sự tương tác giữa chúng. Xét đên ảnh hưởng của yêu tô cường độ bê tông và sự tương tác của nó với sự làm việc của tâm FRP đên khả năng hang cat của dâm, một sô Ítgen cứuieloriguehi a yo. ee or N “ lo aaa ` nn Va SR, 4 27/4 lắcaA Veh GRR RS OD tha Xế=1G Aaey RAVES YR Aran £ hts i N bê tông anh hưởng đến biến dang hiệu quả, tính bám dính của tim FRP và từ đó quyết định đến kiểu phá hoại và khả năng kháng cắt của dầm. Các nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng cường độ bê tông với khoảng giá trị tương đối rộng từ 20 đến 55 MPa, tuy nhiên hầu hết là trên các mẫu dầm có kích thước nhỏ với chiều cao đầm nhỏ hơn 300 mm, và chi mới tập trung cho loại tắm CFRP.
Việc khảo sát trên mẫu kích thước nhỏ giúp cho việc khảo sát được dé dang và kinh tế hơn, tuy nhiên, các dầm trong thực tế có kích thước lớn hơn nhiều. Và như đã dé cập ở trên, yêu tố kích thước mẫu thử đóng vai tro quan trọng đến kết quả thí nghiệm thu được, cho nên việc chỉ thí nghiệm trên những mẫu kích thước nhỏ có thé dẫn đến những kết luận chưa được day đủ. Ngoài ra, cho đến hiện nay cường độ bê tông ảnh hưởng như thé nào đến sự làm việc của tam GFRP trong các dâm chịu tac dụng của lực cắt vân còn chưa được làm sáng tỏ. Đề tài khảo sát và phân tích thực nghiệm ảnh hưởng của yếu t6 cường độ bê tông đến sự làm việc của tim CFRP và GFRP, ứng xử và khả năng kháng cắt của dầm BTCT gia cường tắm CFRP và GFRP theo dạng U.
Chương trình thực nghiệm sẽ được tiến hành trên 9 mẫu dầm kích thước 450x150x3100 mm, chia làm ba nhóm dam. Mỗi nhóm có 3 dâm, gồm 1 dim BTCT đối chứng, 1 dầm gia cường tam GFRP, | dam gia cường tâm CFRP. Cường độ bê tông của từng nhóm lần lượt thay đổi 30, 50 va 70 MPa. Các nội dung nghiên cứu chính của đề tài bao gồm: (7) khảo sát anh hưởng của cường độ bê tông đến biến dạng của tam gia cường GFRP và CFRP khi chịu lực cắt; (2i) phân tích ảnh hưởng tương tác giữa yếu tổ cường độ và sự làm việc của tắm CFRP và GFRP đến ứng xử và khả năng kháng cắt của dầm gia cường: (3?) kiểm chứng các công thức tính khả năng kháng cắt của tắm hiện có dựa trên kết quả thực nghiệm.
Chương 2 : TONG QUAN NGHIÊN CỨU 2. Sơ lược vật liệu Vật liệu FRP là một dạng vật liệu composite được cầu tạo từ 2 thành phân chính gồm chất kết dính va sợi. Chất kết dính được làm từ nhiễu loại vật liệu khác nhau (epoxy, polyester, vinylester), phố biến nhất hiện nay là từ nhựa polymer và epoxy. Sợi là thành phân chính tạo nên đặt tính cơ lý của FRP.
Các loại sợi sử dụng phô biến nhất hiện nay sử gồm có sợi thủy tinh (glass fibers), sợi aramid (aramid fibers) và sợi carbon (carbon fibers). Tùy vào loại sợi mà vật liệu FRP được phân loại thành GFRP (vật liệu gia cường sợi thủy tinh), AFRP (vật liệu gia cường sợi aramid) và CFRP (vật liệu gia cường sợi carbon). Các dạng FRP dùng trong xây dựng thường có các dạng tâm, thanh, cáp, vải (Hình 2. Trong sửa chữa và gia cô công trình xây dựng thường dùng các loại FRP dang tam và dạng thanh.
Một số đặc tính cơ lý điển hình của tam FRP được thé hiện trong Bảng 2. Dạng tam Dạng thanh Hình 2.1: Các dạng vật liệu FRP dùng trong xây dựng 4 Bảng 2.1: Một số đặc tính cơ lý điển hình của tâm FRP Trọng lượng | Chiều dày Cường độ _— FRP Loại sợi chịu kéo | đàn hôi (g/m’) (mm) (MPa) (GPa) Tyfo (www.com) TyfoSHE-51 Glass 915 1.com) Replark 20 Carbon 200 0.17 3400 230 Replark MM Carbon -- 0.17 2900 390 Replark HM Carbon 200 0.com) Hex 100G Glass 913 1.2 1300 300 Degussu Building Systems (www.com) Mbrace EG 900 | Glass 900 0.4 Mbrace CF 530 | Carbon 300 0.17 3500 373 Mbrace AK 60 | Aramid 600 0.28 2000 120 Hiện nay van dé ứng dụng vật liệu FRP trong các công trình xây dựng dang theo 3 hướng chính: (;) vật liệu FRP được sử dụng làm vật liệu gia cường, sửa chữa; (2;) vat liệu FRP được sử dụng làm cốt chịu lực trong kết cầu công trình; và (37) bê tông sợi FRP. Trong vân dé gia cường két câu, vật liệu FRP ở dạng tâm được sử dụng phô biên nhât. Tâm FRP được sử dụng đê tăng khả năng kháng uôn, cat của dâm và san và còn được sử dụng nhiêu dé tăng cường khả nang kháng uôn-nén và độ dẻo dai cho cột BTCT đặc biệt dưới tác dụng của tải trọng động.
columms Ta “Solid xvals ˆ ‘Walls with openings Hình 2.2: Sử dụng FRP gia cường kết câu (Taljsten, 2006) Hình 2.3: Ung dụng gia cường tâm FRP 2. Tình hình nghiên cứu ánh hưởng yếu tố cường độ bê tông, loại tam FRP đến khả năng kháng cắt của dầm gia cường tam FRP Horiguchi và Saeki (1997) nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ chịu nén bê tông đến khả năng bám dính của tam CFRP. Tác gia tiến hành khảo sát với cường độ chịu nén của bê tông thay đối là 10. Kết quả cho thấy có 3 kiểu phá hoại thường xảy ra là: bê tông bị phá hoại cắt; phá hoại do bóc tách giữa bê tông và tâm CFRP; và phá hoại đứt tâm CFRP.
Khi cường độ chịu nén của bê tông nhỏ hơn 25.3 MPa, phá hoại xuất hiện trong bê tông; phá hoại bóc tách xuất hiện khi tăng cường độ bê tông; tam FRP bi pha hoại khi su dụng bê tông cường độ cao. Cường độ bám dính của tam ty lệ thuận với cường độ chịu nén của bê tông. Deniaud và Cheng (2001) nghiên cứu sự tương tác của bê tông, thép đai và loại tam FRP đến khả năng kháng cắt của dam BTCT dạng T gia cường trên 8 mẫu dầm T 140x400x600x3700 mm có cường độ chịu nén của bê tông 44. Dam được gia cường 3 loại tấm FRP khác nhau: tâm GFRP 1 phương, tam CFRP 1 phương, tâm GFRP 3 phương (Tri-axial glass fibres).
Các đầm trên được chia làm 3 nhóm gồm SN, S2 và S4 tương ứng với dầm không có thép đai, dam có khoảng cách dai 200mm và 400mm. Các dam được gia cường tâm FRP dạng U và có góc hướng sợi của tâm so với trục dầm là (0°, 45”, 90°, 60”, -60°). Kết quả thí nghiệm chỉ ra rang kha năng kháng cắt dầm gia cường tam FRP tăng từ 77.3% so với dam không gia Cường. Khalifa va Nanni (2002) thí nghiệm trên 12 mau dam BTCT kích thước 305x150x3050mm.
Các dầm được chia làm 2 nhóm (SW và SO) dé khảo sát các tham số: tý số nhịp cắt (a/d); hướng sợi gia cường; và dang gia cường. Nhóm SW gồm 4 mẫu dầm cường độ chịu nén bê tông 19. Nhóm SO gồm 8 mẫu dầm cường độ chịu nén của bê tông là 27. Trong mỗi nhóm SW và SO chia làm 2 nhóm nhỏ SW3, SW4, SO3, SO4 với tỷ lệ nhịp cắt (a/d = 3 và 4).
Các mẫu dầm được gia cường với hướng sợi so với trục dầm (0° và 90”) và có dang gia cường khác nhau (dạng U va dạng dán 2 mặt bên). Kết quả cho thấy khi tăng hàm lượng tâm thì khả năng kháng cắt tăng ít. Khi gia cường góc hướng sợi 0” làm tăng khả năng kháng cắt theo hướng dọc 7 trục. Ngoài ra, tác giá còn kiến nghị khảo sát thêm các tham số ảnh hưởng đến khả năng khang cat của dâm như hàm lượng côt dọc và cường độ bê tông.
Hsu và cộng sự (2003) thí nghiệm trên 16 mẫu dầm cao có kích thước 101.4 mm dé khảo sát các tham số: tý lệ nhịp cắt a/d; và ảnh hưởng của loại tam CFRP. Tất cả các mau dâm thí nghiệm không bố trí cốt thép chịu cắt được chia làm 4 nhóm. Dâm nhóm | va 2 được gia cường tâm CFRP (Sika Carbodur Strip) kiểu dạng dán 2 mặt bên, góc của hướng sợi so với trục dầm thay đôi (0°, 45°, 90°), ty lệ nhịp cắt tương ứng 1.67 và hàm lượng tam thay đổi từ 1. Dam nhóm 3 và 4 được gia cường tam CFRP (Sika Wrap Hex 230c) dạng dán 2 mặt bên và dán kiểu U, góc hướng sợi so với trục dam thay đôi (0°+90", 90°), tý lệ nhịp cắt và hàm lượng tam thay đổi tương tự nhóm dâm 1 và 2.
