Nghiên cứu ứng xử trụ BTCT gia cường vải sợi các bon trên mô hình số và thực nghiệm
Theo thời gian, kết cấu trụ BTCT (trụ, trụ cầu,..) bị xuống cấp do bị tác động bởi môi trường và nhiều loại tải trọng khác nhau. Quá trình bảo trì, vận hành khai thác công trình xuất hiện nhu cầu sửa chữa, bảo trì hoặc gia cường khả năng chịu lực của kết cấu trụ BTCT để khôi phục khả năng chịu tải ban đầu hoặc nâng cấp khả năng chịu tải của kết cấu.
Hiện nay, có khá nhiều giải pháp gia cường kết cấu trụ BTCT đã từng áp dụng như: Mở rộng thiết diện thân trụ; cấy thêm cốt thép; dùng cáp dự ứng lực ngoài,.. các giải pháp này thường thi công khó khăn do công trình đang khai thác, vận hành hoặc trụ cầu ở giữa sông khó khăn cho việc tiếp cận.
Trong thời gian gần đây, vật liệu Composite được áp dụng khá rộng rãi trong xây dựng, đặc biệt là ứng dụng trong sữa chữa, nâng cấp kết cấu xây dựng do ưu điểm cường độ vật liệu cao và thi công dễ dàng. Tại Việt Nam trong vài chục năm gần đây đã ứng dụng vật liệu CFRP gia cường kết cấu chịu nén, chịu uốn khá nhiều.
Trong khuôn khổ một luận văn thạc sĩ kỹ thuật ứng dụng, học viên lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng xử trụ BTCT gia cường vải sợi các bon trên mô hình số và thực nghiệm” có tính ứng dụng thực tiễn và cần thiết.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
– Đánh giá sức kháng kết cấu trụ BTCT.
– Thực nghiệm ứng xử kết cấu trụ (mô hình) chưa có và có gia cường CFRP trong phòng thí nghiệm.
– So sánh kết quả thực nghiệm sức kháng và mô hình tính toán lý thuyết theo tiêu chuẩn và mô hình phần tử hữu hạn.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
– Đối tượng nghiên cứu là trụ vuông BTCT gia cường bằng vải sợi Carbon dính bám ngoài chịu nén lệch tâm.
– Trụ vuông BTCT được gia cường bằng CFRP (Carbon fiber reinforced polymer) chịu nén lệch tâm trên mô hình số và thực nghiệm
– Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm
CHƯƠNG 1
CƠ SỞ TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA KẾT CẤU TRỤ BÊTÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG VẬT LIỆU CFRP
1.1. Khái niệm chung về sửa chữa, gia cường BTCT:
Các kết cấu BTCT nói chung và trụ BTCT nói riêng theo thời gian sử dụng sẽ bị xuống cấp, hư hỏng do nhiều nguyên nhân khác nhau như: tác động môi trường xâm thực, tác động các lực ngoài dự kiến thiết kế, sự gia tăng của tải trọng ngoài,…
Trong quá trình duy tu bảo dưỡng, vận hành khai thác công trình cần thiết phải sửa chữa hoặc tăng cường khả năng chịu lực của kết cấu trụ bê công cốt thép như: Sửa chữa, gia cường kết cấu trụ cầu bê tông cốt thép; bảo vệ gia cường kết cấu trụ/cọc cầu cảng và công trình thủy; gia cường kết cấu trụ nhà dân dụng,..
Hiện có rất nhiều biện pháp sửa chữa, gia cường kết cấu trụ BTCT như: Khôi phục lại tiết diện do ăn mòn, mở rộng thêm tiết diện trụ, dán vật liệu composite, dán bản thép, căng cáp dự ứng lực ngoài, bao bọc trụ dưới nước bằng ống FRP và vữa đồng rắn trong nước,…
1.2. Sự xuống cấp kết cấu trụ BTCT theo thời gian:
1.2.1.1. Hư hỏng do nứt
1.2.1.2. Hư hỏng do chuyển vị
1.2.1.3. Các dạng hư hỏng khác
1.2.2.1. Sai sót trong giai đoạn thiết kế
1.2.2.2. Những sai sót trong giai đoạn thi công
1.2.2.3. Hư hỏng trong quá trình khai thác sử dụng
1.3. Các công nghệ sửa chữa, gia cường kết cấu trụ BTCT
1.3.1. Công nghệ tăng cường khả năng chịu lực kết cấu bê tông bằng phương pháp bao bọc bê tông cốt thép
1.3.2. Công nghệ tăng cường khả năng chịu lực trụ BTCT bằng công nghệ dán bản thép
1.3.3. Công nghệ tăng cường khả năng chịu lực kết cấu bê tông bằng dự ứng lực (DUL) ngoài
1.3.4. Công nghệ tăng cường khả năng chịu lực kết cấu bê tông bằng vật liệu CFRP.
1.3.4.1. Giới thiệu về vật liệu CFRP
Bảng 1.3. Một số đặc trưng tiêu biểu của hệ thống tấm sợi FRP
| Hệ thống FRP | Loại sợi | Trọng lượng (g/m2) | Chiều dày thiết kế (mm) | Cường độ chịu kéo (MPa) | Môđuyn đàn hồi (GPa) |
|---|---|---|---|---|---|
| Tấm Tyfo SEH51 | Thủy tinh | 915 | 1,3 | 575 | 26,1 |
| Tấm Tyfo SCH41 | Carbon | 644 | 1 | 985 | 95,8 |
| Tấm Hex 100G | Thủy tinh | 915 | 0,36 | 2.300 | 72 |
| Tấm Hex 103C | Carbon | 610 | 0,11 | 3.800 | 235 |
| Tấm Carbodur S | Carbon | 2.100 | 1,2-1,4 | 2.800 | 165 |
| Tấm Carbodur M | Carbon | 2.240 | 1,2 | 2.400 | 210 |
| Tấm Carbodur H | Carbon | 2.240 | 1,2 | 1.300 | 300 |
| Tấm Mbrace EG 900 | Thủy tinh | 900 | 0,37 | 1.517 | 72,4 |
| Tấm Mbrace AK 60 | Aramid | 600 | 0,28 | 2.000 | 120 |
| Mbrace CF 130 | Carbon | 300 | 0,17 | 3.800 | 227 |
| Mbrace CF 160 | Carbon | 600 | 0,33 | 3.800 | 227 |
1.3.4.2. Công nghệ tăng cường khả năng chịu lực kết cấu bê tông bằng vật liệu CFRP.
* Ưu điểm của công nghệ này là:
– Tăng cường cho trụ chịu nén uốn đồng thời; Tăng cường độ cắt của trụ
– Tăng cường khả năng chịu nén của trụ bằng việc kìm chế nở hông
– Tăng độ dẻo cho cấu kiện dưới tác dụng của tải trọng lặp, tải trọng động
– Không bị ăn mòn và hạn chế quá trình ăn mòn cho kết cấu
– Tăng cường khả năng chống cháy, chống nổ cho công trình
– Không phá hoại kết cấu hiện hữu và dễ dàng lắp đặt
– Giảm thời gian ngừng khai thác công trình trong quá trình lắp đặt CFRP
– Hệ thống rất nhẹ, cường độ cao ứng với tỷ số khối lượng
– Không yêu cầu cần thiết bị thi công nặng và đặc biệt
– Có thể thi công nơi diện tích nhỏ hẹp
– Có thể hoàn thiện bề mặt bằng nhiều loại vật liệu khác nhau
– Có thể áp dụng được tại những vị trí yêu cầu độ ẩm cao hoặc dưới nước
* Nhược điểm của công nghệ này là:
– Hiệu quả của giải pháp tăng cường bằng vật liệu CFRP phụ thuộc chính vào vật liệu chất kết dính EPOXY và quy trình kiểm soát chất lượng thi công của nhà thầu thi công. Việc kiểm soát chất lượng thi công phải được nhà cung cấp vật liệu CFRP chấp thuận trước khi đưa công trình vào sử dụng.
Kết cấu BTCT chịu nén uốn được sử dụng khá nhiều trong xây dựng như trụ cầu, trụ nhà, trụ cọc cầu cảng, công trình tháp,…Do nhiều nguyên nhân như tải trọng môi trường, tải trọng khai thác, tải trọng do sự cố kết cấu BTCT bị xuống cấp hoặc hư hỏng cần phải sửa chửa, bảo trì hoặc gia cường để đạt được khả năng chịu tải trọng mong muốn. Có nhiều biện pháp gia cường trụ BTCT chịu nén uốn như mở rộng tiết diện, thay đổi sơ đồ kết cấu, dùng cáp dự ứng lực ngoài, dán bản thép, dán vải sợi thủy tinh hoặc dán vải sợi cán bon. Nhờ ưu điểm cường độ cao, thi công đơn giản nên phương pháp gia cường kết cấu BTCT bằng vải sợi các bon dính bám ngoài (CFRP) ngày nay được sử dụng khá rộng rải.
Nhiều nghiên cứu cho thấy việc sử dụng vật liệu sợi carbon để gia cường, sửa chữa kết cấu bê tông cốt thép mang lại hiệu quả cao [5,6]
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ THIẾT KẾ TRỤ BTCT CHỊU NÉN UỐN
2.1. Thiết kế trụ BTCT chịu nén uốn theo các tiêu chuẩn
2.1.1 Theo AASHTO LRFD, ACI 318 [2]
2.1.1.1. Nguyên tắc tính toán theo độ bền
– Khi thiết kế trụ chịu nén lệch tâm theo trạng thái giới hạn, kết cấu trụ phải thỏa mãn các điều kiện
(2.1)
(2.2)
Trong đó:: hệ số giảm bền (=0.75 đối với trụ bố trí cốt thép đai thường; (=0.8 đối với trụ bố trí cốt thép đai xoắn)
Mn : Sức kháng uốn danh định
Pn : Cường độ nén danh định
Mu: Momen yêu cầu
Pu : Cường độ yêu cầu
2.1.1.2. Tính toán cấu kiện BTCT chịu nén lệch tâm
– Phương trình cân bằng lực:
Pn=0.85f’cab+A’sf’s-Asfs (2.3)
– Phương trính cân bằng Momen so với trục trụ:
Mn= Pn e=0.85f’cab(h/2-a/2) + A’sf’s(h/2-d’) + Asfs(d-h/2) (2.4)
Trong đó:
f’c là độ bền nén của bê tông.
f’s là ứng suất trong cốt thép chịu nén
fs là ứng suất kéo trong cốt thép
As là diện tích cốt thép
A’s là diện tích cốt thép chịu nén
2.1.2. Theo Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5574-2012) [4] :
2.1.2.1. Nguyên tắc tính toán theo độ bền:
– Đối với các cấu kiện chịu nén lệch tâm mà trạng thái giới hạn được đặc trưng bằng sự phá hoại của bê tông chịu nén, thì khi tính toán không kể đến sự làm việc của bê tông chịu kéo. Độ bền chịu nén của bê tông được quy ước là ứng suất nén của bê tông, có giá trị bằng Rb và phân bố đều trên vùng chịu nén của tiết diện – vùng chịu nén quy ước và sau đây được gọi tắt là vùng chịu nén của bê tông.
2.1.2.2. Tính toán cấu kiện BTCT chịu nén lệch tâm
– Cấu kiện bê tông chịu nén lệch tâm cần được tính toán theo điều kiện:
N ≤ αRbAb (2.5)
Trong đó: Ab là diện tích bê tông vùng chịu nén, được xác định từ điều kiện trọng tâm vùng chịu nén trùng với điểm đặt của hợp các ngoại lực.
Đối với cấu kiện có tiết diện chữ nhật, Ab được xác định theo công thức:
Ab = bh (2.6)
2.2. Thiết kế trụ BTCT theo phương pháp biểu đồ tương tác P-M [12]
Đường cong quan hệ tương tác P-M dựa trên cân bằng tương thích về biến dạng với mô hình ứng xử giữa vật liệu CFRP và bê tông bị kìm chế biến dạng nở hông. Để đơn giản hóa, đường cong tương tác P-M là đường gãy khúc đi qua 3 điểm A,B,C.
-Trong đó:
+ Điểm A (nén thuần túy) với biến dạng giới hạn của bê tông bị kìm chế nở hông εccu.
+ Điểm B với phân bố biến dạng tương ứng với biến dạng kéo của lớp cốt thép dọc gần bề mặt chịu kéo bằng không và biến dạng nén trong bê tông ở thớ chịu nén bất lợi nhất bằng εccu.
+ Điểm C với phân bố biến dạng nén trong bê tông ở thớ chịu nén bất lợi nhất bằng εccuvà ứng suất kéo của lớp cốt thép dọc gần bề mặt chịu kéo bằng εsy.
Biểu đồ tương tác thường có dạng 3 trục, thể hiện các giá trị lực dọc Nx, Mx, My. Khả năng chịu lực của một cấu kiện chịu nén uốn lệch tâm được biểu thị thông qua mặt cong của biểu đồ tương tác.Mặt cong này giới hạn phần không gian mà nếu tất cả điểm biểu diễn nội lực của tiết diện nằm trong đó thì có thể kết luận tiết diện đảm bảo khả năng chịu lực.
2.3. Phân tích sức kháng trụ bằng các phần mềm phân tích
2.3.1.1. Giới thiệu về Phần mềm CSiCOL [11]
CSiCOL là một gói phần mềm toàn diện được sử dụng để phân tích và thiết kế các trụ. Thiết kế CSiCOL cung cấp công cụ ‘Quick Design Wizard’ để hướng dẫn người dùng từng bước, thông qua toàn bộ quá trình của trụ thiết kế. Tính toán và kiểm tra sức kháng của trụ.
2.3.2.1. Giới thiệu về phần mềm ATENA [9,10]
ATENA là phần mềm phân tích phi tuyến PTHH do công ty Cervenka của Tiệp phát triển bắt đầu từ năm 1992. Phần mềm này chuyên dụng cho kết cấu bê tông cốt thép. ATENA có khả năng phân tích ứng xử thật của bê tông và bê tông cốt thép bao gồm sự phát triển nứt, sự phá hoại do bê tông và sự chảy dẻo của thép.
2.4. Ví dụ số thiết kế trụ BTCT chưa gia cường và gia cường CFRP
- Thông số kỹ thuật của trụ cần gia cường:
- Chiều dài mặt cắt tiến diện trụ: h=200mm
- Chiều rộng mặt cắt tiết diện trụ: b=200mm
- Cường độ nén của bê tông: fc’=22 Mpa
- Giới hạn chảy của cốt thép thường: fy=300 Mpa
- Đường kính cốt thép: Ds=14mm
- Modun đàn hồi của cốt thép thường: Es=200000Mpa
- Cốt đai thường: Ds=6mm
- Các thông số của vật liệu CFRP
- Bề dày danh định của lớp: tf =0.222mm
- Cường độ chịu kéo tới hạn: ffu= 1242 Mpa
- Biến dạng nứt của CFRP: εfu’=0,01248mm/mm
- Modun đàn hồi: Ef =103.000Mpa
- Hệ số triết giảm môi trường: Ce=0.95
- Hệ số chiết giảm với vật liệu CFRP: Ψf=0.95
- Bán kính đường biên của mặt cắt lăng trụ bọc CFRP: rc=20mm
2.4.2. Tính toán cho trụ chưa gia cường (n=0)
– Tính toán đường cong giữa 3 điểm A, B, C cho trụ chưa gia cường:
2.4.3. Tính toán cho trụ gia cường 1 lớp CFRP (n=1)
– Tính toán đường cong giữa 3 điểm A,B và C cho trụ đã được tăng cường (n=1 lớp)
2.4.4. So sánh biểu đồ của đường cong A-B-C với giá trị Pu và Mu yêu cầu
Bảng 2.1. Bảng so sánh điểm A-B-C của trụ BTCT chưa gia cường và gia cường CFRP
| Điểm | n=0(không gia cường) | n=1 lớp | ||
| j.Pn(T) | j.Mn(T.m) | j.Pn(T) | j.Mn(T.m) | |
| A | 59.0 | 0.0 | 63.14 | 0.00 |
| B | 55.0 | 2.2 | 60.12 | 2.38 |
| C | 26.2 | 1.6 | 32.00 | 1.83 |
Hình 2.6. Biểu đồ so sánh đường cong P-M
– Thực hành thiết kế trụ BTCT nén lệch tâm rất phức tạp, sử dụng nhiều tiêu chuẩn như: Tiêu chuẩn Việt Nam, tiêu chuẩn ACI, AASHTO để tính toán lý thuyết.
– Nghiên cứu tìm hiểu ứng xử của trụ BTCT được gia cường vải sợi CFRP dính bám ngoài mô phỏng trên phần mềm PTHH ATENA (phần mềm được phát triển bởi Cervanka Consulting để phân tích phi tuyến về kết cấu bê tông cốt thép) và thực nghiệm nén lệch tâm trụ BTCT được gia cường vải sợi CFRP dính bám ngoài. Kiểm chứng các ứng xử như biến dạng, độ mở rộng vết nứt và chuyển vị của trụ.
– Sử dụng các phần mềm ứng dụng CSICOL9 là phần mềm thực hành rất thuận lợi nhanh chóng thiết kế và kiểm tra sức kháng của trụ khi chưa gia cường và có gia cường CFRP.
CHƯƠNG 3
THỰC NGHIỆM ĐO ĐẠC ỨNG XỬ TRỤ BTCT VÀ TRỤ BTCT GIA CƯỜNG CFRP CHỊU NÉN LỆCH TÂM
3.1. Thiết kế chương trình thực nghiệm:
3.1.1. Các yêu cầu cơ bản để thiết kế tăng cường khả năng chịu lực cho trụ BTCT
3.1.2. Các giả định trong thiết kế hệ tăng cường khả năng chịu lực cho trụ bê tông cốt thép sử dụng vật liệu CFRP
– Nghiên cứu ứng xử trụ BTCT không gia cường và có gia cường CFRP chịu nén lệch tâm
– So sánh sức kháng trụ BTCT có và không có CFRP nhằm đánh giá được tác dụng của việc gia cường bằng CFRP.
3.1.4. Chương trình thực nghiệm
Gia công công đúc 4 trụ: 2 trụ được đúc với bê tông cốt thép thường không gia cường và 2 trụ được đúc với bê tông cốt thép thường có gia cường CFRP.
– Sơ đồ bảng vẽ thiết kế.
Hình 3.2. Sơ đồ thực hiện nén trụ
– Thông số của vật liệu chế tạo (như phần ví dụ tính toán lý thuyết)
– Thiết bị đo gồm:
Máy tính, đầu đọc và chương trình Lapview; Loadcell 50T; + LVDT gắn tại H/3 dùng đo chuyển vị trụ với sai số 0.01mm.
+ ST1: Đặt vùng chịu kéo, đo biến dạng ngang
+ ST2: Đặt vùng chịu kéo, đo biến dạng đứng
+ ST3: Đặt vùng chịu nén, đo biến dạng ngang
+ ST4: Đặt vùng chịu nén, đo biến dạng đứng
3.2. Trình tự thực hiện và nội dung đo đạc:
3.3.1. Kết quả giữa tải trọng phá hủy và chuyển vị ngang tối đa của trụ BTCT chưa gia cường và có gia cường CFRP
Bảng 3.1. Kết quả tải trọng phá hủy và chuyển vị ngang tối đa
| Tên trụ | Tải trọng phá hủy (KN) | Chuyển vị ngang tối đa(mm) |
| Trụ BTCT 1 | 612.02 | 1.01 |
| Trụ BTCT 2 | 610.40 | 1.32 |
| Trụ BTCT CFRP1 | 726.30 | 0.98 |
| Trụ BTCT CFRP2 | 780.40 | 1.16 |
3.3.2. Kết quả mối quan hệ giữa lực, biến dạng, chuyển vị của trụ BTCT chưa gia cường
3.3.2.1. Kết quả mối quan hệ giữa lực, biến dạng, chuyển vị của trụ BTCT chưa gia cường
3.3.2.2. Biểu đồ thể hiện sự tương tác quan hệ giữa chuyển vị, biến dạng và tải trọng trên trụ BTCT1, BTCT2 chưa gia cường
Hình 3.7. Quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị của trụ BTCT 1 và BTCT 2
Hình 3.8. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng strain 1 trên trụ BTCT1 và BTCT2
Hình 3.9. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng strain 2 trên trụ BTCT1 và BTCT2
Hình 3.10. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng strain 3 trên trụ BTCT
Hình 3.11. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng strain 4 trên trụ BTCT1 và BTCT2
3.3.3. Kết quả mối quan hệ giữa lực và biến dạng, chuyển vị của trụ BTCT gia cường CFRP
3.3.3.1. Kết quả mối quan hệ giữa lực và biến dạng, chuyển vị của trụ BTCT gia cường CFRP
3.3.3.2. Biểu đồ thể hiện sự tương tác quan hệ giữa chuyển vị , biến dạng và tải trọng trên trụ BTCT dán CFRP
Hình 3.12. Quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị trụ BTCT CFRP 1 và CFRP2
Hình 3.13. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng strain 2 trên trụ CFRP1 và CFRP2
Hình 3.14. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng strain 3 trên trụ CFRP1 và CFRP2
Hình 3.15. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng strain 4 trên trụ CFRP1 và CFRP2
3.4. Kết quả phân tích bằng phần mềm ATENA và CSICOL9
Hình 3.16. Quan hệ tải trọng- độ mở rộng vết nứt trong ATENA
3.4.2. Phần mềm CSICOL9 vẽ biểu đồ tương tác P-M
3.4.2.1. Biểu đồ tương tác P-M khi trụ BTCT chưa gia cư 
3.4.2.2. Biểu đồ tương tác P-M khi trụ BTCT gia cường CFRP
3.4.2.3. So sánh lực tác dụng khi trụ BTCT chưa gia cường và trụ BTCT gia cường CFRP
3.5. So sánh kết quả thực nghiệm-phân tích:
Bảng 3.8. Bảng so sánh lực tác dụng
| P(KN) | Trụ BTCT | Trụ BTCT gia cường CFRP | Ghi chú | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Trụ 1 | Trụ 2 | Trụ 1 | Trụ 2 | ||
| Lý thuyết | 590 | 590 | 629,3 | 629,3 | Theo kết quả tính toán lý thuyết (P-M) |
| Thực nghiệm | 600,78 | 540,3 | 726,43 | 752,1 | Lấy chỉ số chuyển vị 0,98mm làm mức so sánh |
| ATENA | 260 | 260 | 620 | 620 | Lấy chỉ số vết nứt 0,38mm làm mức so sánh |
| CSICOL 9 | 600 | 600 | 750 | 750 | Lấy lực phá hủy P=61,202 làm mức so sánh, xác định M tra trên biểu đồ P-M khi chưa gia cường và có gia cường |
Bảng 3.9: Bảng tỷ lệ % trung bình tăng khả năng chịu lực của trụ BTCT dán CFRP so với trụ BTCT
| P(KN) | Tỷ lệ % trung bình của Trụ BTCT gia cường CFRP tăng so với Trụ BTCT (%) |
| Lý thuyết | 6,6 |
| Thực nghiệm | 29,57 |
| ATENA | 138 |
| CSICOL 9 | 25 |
3.5.2. So sánh giữa thực nghiệm và mô hình ATENA
3.5.2.1. Quan hệ giữa tải trọng và độ mở rộng vết nứt
Hình 3.17. Biểu đồ giữa tải trọng- độ mở rộng vết nứt trong ATENA
3.5.2.2. Biểu đồ quan hệ tải trọng- chuyển vị tại vị trí cách đầu trụ H/3
a. Trụ BTCT chưa gia cường:
Hình 3.18. Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng và chuyển vị giữa thực nghiệm và ATENA khi trụ BTCT chưa gia cường
b. Trụ BTCT có gia cường CFRP
Hình 3.19. Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng và chuyển vị giữa thực nghiệm và ATENA khi trụ BTCT có gia cường CFRP
3.5.3. Biểu đồ so sánh kết quả giữa trụ BTCT và trụ BTCT gia cường CFRP
3.5.3.1. So sánh quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị
Hình 3.20. Biểu đồ so sánh quan hệ tải trọng và chuyển vị giữa thực nghiệm của trụ BTCT và BTCT CFRP
3.5.3.2. So sánh quan hệ giữa tải trọng và biến dạng.
Hình 3.21. Biểu đồ so sánh quan hệ giữa tải trọng và biến dạng của strain 2 của trụ BTCT
Hình 3.22. Biểu đồ so sánh quan hệ giữa tải trọng và biến dạng của strain 2 của trụ BTCT CFRP
Hình 3.23. Biểu đồ so sánh quan hệ giữa tải trọng và biến dạng của strain 3 của trụ BTCT và BTCT CFRP
Hình 3.24. Biểu đồ so sánh quan hệ giữa tải trọng và biến dạng của strain 4 của trụ BTCT và BTCT CFRP
– Từ những kết quả phân tích trên, việc gia cường vải sợi CFRP dính bám ngoài cho trụ BTCT có ý nghĩa về mặt cường độ, tăng sức kháng của trụ, sức kháng trụ tăng.
– Hạn chế vết nứt trong trụ khi chịu nén lệch tâm.
– Ít ảnh hưởng đến chuyển vị ngang của trụ khi chịu lực nén lệch tâm.
– Việc áp dụng phương pháp gia cường cho kết cấu trụ BTCT bằng vải sợi CFRP dính bám ngoài làm gia tăng sức kháng nén uốn khá lớn. Với mô hình trụ BTCT thực tế trong đề tài này sức kháng nén lệch tâm tăng với 1 lớp CFRP dày 0.22 mm.
– Khả năng làm việc của trụ được gia cường vải sợi CFRP phụ thuộc vào độ dính bám của bề mặt bê tông và vải sợi CFRP nên quá trình thi công sẽ ảnh hưởng đến giá trị sức kháng thực tế của trụ.
– Kết quả thực nghiệm và phân tích lý thuyết theo các phương pháp khác nhau đều cho thấy cả sức kháng nén lệch tâm và độ cứng uốn ngang của trụ gia cường cao hơn trụ chưa gia cường. Với trụ kích thước (20×20 )cm, gia cường 1 lớp vải sợi carbon dày 0.22mm độ tăng sức kháng nén lệch tâm theo thực nghiệm 29.57%. Kết quả phân tích sức kháng nén theo các phần mềm chênh lệch nhau khá nhiều.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận:
Nội dung thực hiện luận văn “Nghiên cứu ứng xử trụ BTCT gia cường vải sợi các bon trên mô hình số và thực nghiệm” với phạm vi nghiên cứu trụ BTCT chịu nén lệch tâm, luận văn thu được kết quả như sau:
– Khi cần thiết gia tăng sức kháng nén-uốn của trụ BTCT thì sử dụng giải pháp dán vải CFRP bằng keo epoxy chuyên dụng là giải pháp thi công dể dàng và hiệu quả.
– Kết quả tính toán sức kháng nén lệch tâm trụ gia cường CFRP theo phương pháp ACI318, TCVN 5574-2012 đều cao hơn trụ chưa gia cường 6.6%.
– Kết quả thực nghiệm nén lệch tâm trụ BTCT (20×20)cm gia cường 1 lớp vải sợi CFRP dày 0.22mm cho thấy sức kháng nén lệch tâm tăng 29.57%, chuyển vị ngang cột chưa gia cường ở cấp tải trọng phá hủy P=610 KN là 1.16 mm. Chuyển vị ngang cột CFRP ở cấp tải P=610 KN là 0.771 mm. Như vậy hiệu quả tăng độ cứng ngang cột CFRP 33.5%.
– Từ các biểu đồ quan hệ lực nén -biến dạng; lực nén-chuyển vị ngang cho thấy trụ CFRP có ứng xử tuyến tính (quan hệ gần đường thẳng) hơn so với trụ BTCT không gia cường CFRP ở các cấp lực càng lớn.
– Kết quả phân tích sức kháng nén lệch tâm từ phần mềm CSICOL9 và ANTENA khác nhau khá nhiều là do phương pháp tính hai phần mềm này khác nhau. CSICOL9 xác định sức kháng cực hạn theo phương pháp biểu đồ tương tác P-M của ACI, ATENA phân tích phi tuyến kết cấu BTCT theo phương pháp PTHH nên ứng xử theo ATENA phụ thuộc rất nhiều thông số vật liệu của mô hình và điều kiện biên bài toán.
2. Kiến nghị:
Có thể sử dụng vật liệu sợi carbon gia cường, sửa chữa các kết cấu trụ bê tông cốt thép chịu nén-uốn do có nhiều ưu điểm như thi công dể dàng, hiệu quả tăng sức kháng và độ cứng uốn ngang cũng khá lớn.
3. Hướng nghiên cứu tiếp theo:
– Nghiên cứu tính kinh tế của các loại sợi carbon và keo epoxy đang có trên thị trường hiện nay.
– Nghiên cứu đặc tính bền lâu kết cấu gia cường CFRP theo thời gian.
– Nghiên cứu sử dụng CFRP gia cường và bảo vệ kết kết cấu dưới nước.
E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\CONG TRINH GIAO THONG\VO MINH CHI
