Nghiên Cứu Ứng Dụng Vật Liệu Composite FRP Để Tăng Cường Bản Mặt Cầu Bê Tông Cốt Thép - Luận Văn Thạc Sĩ Chuyên Ngành Xây Dựng Cầu Hầm

• Tác giả: Nguyễn Thành Luân
• Người hướng dẫn: PGS. Bùi Tiến Thành
• Trường học: Đại học Giao thông Vận tải
• Chuyên ngành: Xây dựng Cầu - Hầm
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng vật liệu Composite (FRP) tăng cường cho bản mặt cầu bê tông cốt thép
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP Ở VIỆT NAM VÀ GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP SỬA CHỮA TĂNG CƯỜNG CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP
• 1.1. Sơ lược lịch sử phát triển cầu BTCT
• 1.2. Lịch sử phát triển cầu bê tông cốt thép trên thế giới
• 1.3. Phân loại cầu bê tông cốt thép
• 1.3.1. Phân loại theo vị trí cầu
• 1.3.2. Phân loại theo tải trọng qua cầu
• 1.3.3. Phân loại theo cao độ tương đối của mặt xe chạy
• 1.3.4. Phân loại theo sơ đồ tĩnh học trong giai đoạn khai thác của kết cấu chịu lực chính
• 1.3.5. Phân loại theo hình dạng mặt cắt ngang của kết cấu chịu lực chính
• 1.3.6. Phân loại theo phương pháp thi công kết cấu nhịp
• 1.4. Tổng quan hệ thống cầu BTCT ở Việt Nam
• 1.4.1. Lịch sử phát triển hệ thống cầu bê tông cốt thép ở Việt Nam
• 1.4.1.1. Thời kỳ trước Cách mạng Tháng 8 - 1945
• 1.4.1.2. Thời kỳ sau Cách mạng Tháng 8-1945 đến năm 1954
• 1.4.1.3. Thời kỳ từ 1954 đến 1975
• 1.4.1.4. Thời kỳ từ 1975 đến 1992
• 1.4.1.5. Thời kỳ 1992 đến nay
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU POLIME CỐT SỢI (FIBER REINFORCED POLIME – FRP)
• 2.1. Sự hình thành và phát triển vật liệu FRP trên thế giới và ở Việt Nam
• 2.2. Khái quát về các loại vật liệu FRP
• 2.2.1. Chất nền pôlyme và vai trò của nó trong vật liệu composite
• 2.2.2. Dạng nhựa pôlyeste
• 2.2.3. Các loại cốt sợi trong kết cấu pôlyme và ảnh hưởng của nó tới đặc tính của FRP
• 2.2.4. Các tính chất cơ lý của FRP
• 2.3. Các hình thức cấu tạo FRP trong ứng dụng đối với kết cấu công trình
• 2.4. Các đặc trưng cơ học của vật liệu FRP
• 2.4.1. Hệ số giãn nở nhiệt
• 2.4.2. Cường độ kéo đứt
• 2.4.3. Mô đun đàn hồi chịu kéo
• 2.4.4. Cường độ chịu nén
• 2.4.5. Mô đun đàn hồi chịu nén
• 2.4.6. Cường độ chịu cắt
• 2.4.7. Từ biến và phá hoại do từ biến
• 2.4.8. So sánh các đặc trưng cơ học của FRP so với vật liệu thép
• 2.4.9. Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc trưng cơ lý của FRP
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG VẬT LIỆU FRP TRONG TĂNG CƯỜNG, SỬA CHỮA BẢN MẶT CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ CÁC GIẢI PHÁP SỬ DỤNG VẬT LIỆU FRP
• 3.1. Nghiên cứu giải pháp sử dụng vật liệu FRP trong sửa chữa và tăng cường kết cấu bản mặt cầu BTCT
• 3.1.1. Đặc điểm của phương pháp sửa chữa và tăng cường kết cấu bản mặt cầu BTCT bằng sử dụng vật liệu FRP
• 3.1.1.1. Phương pháp sử dụng vật liệu FRP dạng dải, tấm dán trực tiếp lên bản mặt cầu BTCT
• 3.1.1.2. Các dạng vật liệu FRP
• 3.1.1.3. Công nghệ thi công FRP
• 3.1.2. Phương pháp sử dụng vật liệu FRP dạng thanh (thanh Leadline) tăng cường cho phần hẫng khi mở rộng bản mặt cầu BTCT
• 3.1.3. Các ưu, nhược điểm khi sử dụng vật liệu FRP trong tăng cường sửa chữa bản mặt cầu BTCT
• 3.1.4. Các giải pháp công nghệ thi công vật liệu FRP trong sửa chữa và tăng cường kết cấu cầu BTCT
• 3.1.4.1. Các phương pháp tăng cường
• 3.1.4.2. Phân tích giải pháp công nghệ và đánh giá hiệu quả
• 3.1.5. So sánh vật liệu FRP so với vật liệu truyền thống đang sử dụng cho bản mặt cầu BTCT
• 3.1.5.1. So sánh vật liệu composite về mặt kỹ thuật (So sánh với vật liệu thép)
• 3.1.5.2. So sánh về tính kinh tế
• 3.1.5.3. So sánh về khả năng thi công và vấn đề đảm bảo giao thông đối với kết cấu hiện hữu
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan hệ thống cầu bê tông cốt thép ở Việt Nam

Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về lịch sử phát triển và hiện trạng của hệ thống cầu bê tông cốt thép (BTCT) tại Việt Nam. Vật liệu composite FRP được giới thiệu như một giải pháp tiên tiến để tăng cường và sửa chữa các cầu BTCT. Các phương pháp truyền thống như sửa chữa bằng thép đã bộc lộ nhiều hạn chế, đặc biệt là vấn đề ăn mòn. Tăng cường bản mặt cầu bằng vật liệu composite FRP được đề xuất như một giải pháp hiệu quả, giúp kéo dài tuổi thọ công trình và giảm chi phí bảo trì.

1.1. Lịch sử phát triển cầu BTCT

Cầu BTCT đã phát triển qua nhiều giai đoạn, từ những cầu nhỏ với nhịp ngắn đến các cầu lớn với kết cấu phức tạp. Bê tông cốt thép là vật liệu chủ đạo trong xây dựng cầu tại Việt Nam, nhưng vấn đề ăn mòn cốt thép đã trở thành thách thức lớn. Ứng dụng vật liệu composite như FRP được xem là giải pháp khắc phục hiệu quả, đặc biệt trong việc tăng cường kết cấu cầu.

1.2. Các dạng hư hỏng chủ yếu của bản mặt cầu BTCT

Các hư hỏng thường gặp bao gồm nứt bê tông, ăn mòn cốt thép, và biến dạng kết cấu. Những vấn đề này thường xuất phát từ sai sót trong thiết kế, thi công, hoặc quá trình khai thác. Phương pháp gia cố cầu bằng vật liệu composite FRP được đề xuất để khắc phục các hư hỏng này, giúp tăng độ bền và tuổi thọ của cầu.

II. Tổng quan về vật liệu Polime cốt sợi FRP

Chương này tập trung vào việc giới thiệu và phân tích các đặc tính của vật liệu composite FRP. FRP là vật liệu tổ hợp gồm sợi gia cường và nhựa polymer, có khả năng chịu lực cao và kháng ăn mòn tốt. Vật liệu xây dựng tiên tiến này được sử dụng rộng rãi trong các công trình cầu và hầm nhờ tính linh hoạt và hiệu quả kinh tế.

2.1. Các loại vật liệu FRP

FRP bao gồm nhiều loại khác nhau như sợi carbon, sợi thủy tinh, và sợi aramid. Mỗi loại có đặc tính cơ lý riêng, phù hợp với các ứng dụng cụ thể. Kết cấu cầu được tăng cường bằng FRP có khả năng chịu tải tốt hơn và giảm thiểu nguy cơ hư hỏng.

2.2. Đặc trưng cơ học của FRP

FRP có cường độ kéo cao, độ bền tốt, và khả năng chống ăn mòn vượt trội so với thép. Các đặc tính này làm cho FRP trở thành vật liệu xây dựng tiên tiến lý tưởng cho việc tăng cường bản mặt cầu và các kết cấu khác.

III. Nghiên cứu ứng dụng FRP trong tăng cường bản mặt cầu BTCT

Chương này trình bày các giải pháp kỹ thuật và công nghệ sử dụng vật liệu composite FRP để tăng cường và sửa chữa bản mặt cầu bê tông cốt thép. Các phương pháp như dán tấm FRP trực tiếp lên bề mặt cầu hoặc sử dụng thanh FRP để tăng cường phần hẫng được phân tích chi tiết. Công nghệ xây dựng hiện đại này mang lại hiệu quả cao cả về kỹ thuật và kinh tế.

3.1. Phương pháp sử dụng FRP dạng tấm

Phương pháp này bao gồm việc dán trực tiếp các tấm FRP lên bề mặt cầu để tăng cường khả năng chịu lực. Vật liệu composite FRP giúp giảm trọng lượng kết cấu và tăng độ bền, đặc biệt phù hợp với các cầu có nhịp dài.

3.2. So sánh FRP với vật liệu truyền thống

FRP có nhiều ưu điểm vượt trội so với thép, bao gồm khả năng chống ăn mòn, trọng lượng nhẹ, và dễ thi công. Phương pháp gia cố cầu bằng FRP không chỉ hiệu quả về mặt kỹ thuật mà còn tiết kiệm chi phí bảo trì trong dài hạn.