Nghiên cứu ứng xử trụ bê tông cốt thép gia cường vải sợi carbon trên mô hình số và thực nghiệm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

N

C

NG
NC
NG
TR BÊ TÔNG
CỐT THÉP G CƯỜNG
C RBON
TRÊN
N
Ố ÀT
C NG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông
Mã số: 8580205

TÓM TẮT LUẬN ĂN T ẠC Ĩ KỸ THUẬT

Đà Nẵng, Năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠ

ỌC BÁC

KHOA

Người hướng dẫn khoa học: T . NG YỄN L N

Phản biện 1: GVC.TS Nguyễn Văn Mỹ

Phản biện 2: TS. Đặng Việt Dũng

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông họp tại Trường Đại
học Bách khoa vào ngày 25 tháng 11 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin-Học liệu, ĐHĐN tại trường ĐHBK
- Thư viện Khoa Kỹ thuật Xây dựng Công trình Giao thông - ĐHBK


1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Th o thời gian, k t cấu trụ BTCT (trụ, trụ cầu,.. b uống cấp
do b tác động b i môi trường và nhi u loại tải trọng khác nhau. uá
trình bảo trì, vận hành khai thác công trình xuất hiện nhu cầu sửa
chữa, bảo trì hoặc gia cường khả năng ch u lực của k t cấu trụ BTCT
để khôi phục khả năng ch u tải ban đầu hoặc nâng cấp khả năng ch u
tải của k t cấu.
Hiện nay, có khá nhi u giải pháp gia cường k t cấu trụ BTCT
đã t ng áp dụng như: M rộng thi t diện thân trụ cấy th m cốt th p
d ng cáp dự ng lực ngoài,.. các giải pháp này thường thi công khó
khăn do công trình đang khai thác, vận hành hoặc trụ cầu giữa

sông khó khăn cho việc ti p cận.
Trong thời gian gần đây, vật liệu Composit được áp dụng khá
rộng rãi trong ây dựng, đặc biệt là ng dụng trong sữa chữa, nâng
cấp k t cấu ây dựng do ưu điểm cường độ vật liệu cao và thi công
dễ dàng. Tại Việt Nam trong vài chục năm gần đây đã ng dụng vật
liệu CFRP gia cường k t cấu ch u nén, ch u uốn khá nhi u.
Trong khuôn kh một luận văn thạc sĩ kỹ thuật ng dụng, học
vi n lựa chọn đ tài: “
ụ bê tông cốt thép
car
ố
” có t nh ng
dụng thực tiễn và cần thi t.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
- Đánh giá s c kháng k t cấu trụ BTCT.
- Thực nghiệm ng ử k t cấu trụ mô hình chưa có và có gia
cường CFRP trong ph ng th nghiệm.
- So sánh k t uả thực nghiệm s c kháng và mô hình t nh toán
l thuy t th o ti u chu n và mô hình phần tử hữu hạn.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu


2
- Đối tượng nghiên c u là trụ vuông BTCT gia cường b ng vải
sợi Carbon d nh bám ngoài ch u nén lệch tâm.
- Trụ vuông BTCT được gia cường b ng CFRP Carbon fiber
reinforced polymer) ch u nén lệch tâm trên mô hình số và thực
nghiệm
4. Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp nghi n c u lý thuy t k t hợp thực nghiệm

C ƯƠNG 1
CƠ Ở TĂNG CƯỜNG KH NĂNG C ỊU L C CỦA KẾT
CẤU TR BÊTÔNG CỐT THÉP S D NG VẬT LI U CFRP
1.1. Khái niệm chung về sửa chữa, gia cường BTCT:
Các k t cấu BTCT nói chung và trụ BTCT nói riêng theo thời
gian sử dụng sẽ b xuống cấp, hư hỏng do nhi u nguyên nhân khác
nhau như: tác động môi trường xâm thực, tác động các lực ngoài dự
ki n thi t k , sự gia tăng của tải trọng ngoài,…
Trong quá trình duy tu bảo dưỡng, vận hành khai thác công
trình cần thi t phải sửa chữa hoặc tăng cường khả năng ch u lực của
k t cấu trụ bê công cốt th p như: Sửa chữa, gia cường k t cấu trụ cầu
bê tông cốt thép; bảo vệ gia cường k t cấu trụ/cọc cầu cảng và công
trình thủy gia cường k t cấu trụ nhà dân dụng,..
Hiện có rất nhi u biện pháp sửa chữa, gia cường k t cấu trụ
BTCT như: Khôi phục lại ti t diện do ăn m n, m rộng thêm ti t
diện trụ, dán vật liệu composite, dán bản th p, căng cáp dự ng lực
ngoài, bao bọc trụ dưới nước b ng ống FRP và vữa đồng rắn trong
nước,…


3
1.2. ự ống c p k t c t ụ BTCT th o thời gian:
1.2.1. Các dạ
ỏng
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.
y

â
ỏng
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 c ng nghệ ửa chữa, gia cường k t c t ụ BTCT
1.3.1. Công ngh ă
ng kh ă
ịu l c kết cấu bê
tông bằ p ơ p áp
ọc bê tông cốt thép
1.3.2. Công ngh ă
ng kh ă
ịu l c trụ BTCT
bằng công ngh dán b n thép
1.3.3. Công ngh ă
ng kh ă
ịu l c kết cấu bê
tông bằng d ng l c (DUL) ngoài
1.3.4. Công ngh ă
ng kh ă chịu l c kết cấu bê
tông bằng vật li u 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)

Chi u

Cường

dày
thi t k

độ ch u
kéo

(mm)

(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


4
Trọng

Chi u
dày

Cường
độ ch u

thi t k
(mm)

kéo
(MPa)

Môđuyn

Hệ thống FRP

Loại sợi

lượng
(g/m2)

đàn hồi
(GPa)

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

Thủy

900

0,37

1.517

72,4

900

tinh

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.
* Ư điểm của c ng nghệ này là:
- Tăng cường cho trụ ch u nén uốn đồng thời Tăng cường độ
cắt của trụ
- Tăng cường khả năng ch u nén của trụ b ng việc kìm ch
n hông
- Tăng độ dẻo cho cấu kiện dưới tác dụng của tải trọng lặp,
tải trọng động
- Không b ăn m n và hạn ch uá trình ăn m n cho k t cấu
- Tăng cường khả năng chống cháy, chống n cho công trình
- Không phá hoại k t cấu hiện hữu và dễ dàng lắp đặt
- Giảm thời gian ng ng khai thác công trình trong quá trình
lắp đặt CFRP
- Hệ thống rất nhẹ, cường độ cao ng với tỷ số khối lượng
- Không yêu cầu cần thi t b thi công nặng và đặc biệt
- Có thể thi công nơi diện tích nhỏ hẹp


5
- Có thể hoàn thiện b mặt b ng nhi u loại vật liệu khác
nhau

- Có thể áp dụng được tại những v trí yêu cầu độ m cao
hoặc dưới nước
* Nhược điểm của c ng nghệ này là:
- Hiệu quả của giải pháp tăng cường b ng vật liệu CFRP phụ
thuộc chính vào vật liệu chất k t 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.
1.4. K t luận
K t cấu BTCT ch u nén uốn được sử dụng khá nhi u trong xây
dựng như trụ cầu, trụ nhà, trụ cọc cầu cảng, công trình tháp,…Do
nhi u nguy n nhân như tải trọng môi trường, tải trọng khai thác, tải
trọng do sự cố k t cấu BTCT b xuống cấp hoặc hư hỏng cần phải
sửa chửa, bảo trì hoặc gia cường để đạt được khả năng ch u tải trọng
mong muốn. Có nhi u biện pháp gia cường trụ BTCT ch u nén uốn
như m rộng ti t diện, thay đ i sơ đồ k t cấu, dùng cáp dự ng 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 n n phương pháp gia
cường k t cấu BTCT b ng vải sợi các bon dính bám ngoài (CFRP)
ngày nay được sử dụng khá rộng rải.
Nhi u nghi n c u cho thấy việc sử dụng vật liệu sợi carbon để
gia cường, sửa chữa k t cấu b tông cốt th p mang lại hiệu uả cao


6
C ƯƠNG 2
CƠ Ở THIẾT KẾ TR BTCT CHỊU NÉN UỐN
2.1. Thi t k trụ BTCT chịu nén uốn th o các tiê ch n
2.1.1 Theo AASHTO LRFD, ACI 318 [2]
2.1.1.1. Nguyên tắc tính toán theo độ bền

- Khi thi t k trụ ch u nén lệch tâm theo trạng thái giới hạn,
k t cấu trụ phải thỏa mãn các đi u kiện
(2.1)
(2.2)
Trong đó:

: hệ số giảm b n ( =0.75 đối với trụ bố trí cốt

th p đai thường; ( =0.8 đối với trụ bố trí cốt th p đai oắn)
Mn : S c kháng uốn danh đ nh
Pn : Cường độ n n danh đ nh
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 b ng lực:
Pn=0.85f’cab+A’sf’s-Asfs
(2.3)
- Phương tr nh cân b ng Momen so với trục trụ:
Mn= Pn =0.85f’cab(h/2-a/2 + A’sf’s(h/2-d’ + Asfs(d-h/2)
Trong đó:
f’c là độ b n nén của bê tông.
f’s là ng suất trong cốt thép ch u nén
fs là ng suất kéo trong cốt thép
As là diện tích cốt thép
A’s là diện tích cốt thép ch u nén

(2.4)

2.1.2. Theo Tiêu chuẩn Vi t Nam (TCVN 5574-2012) [4]
2.1.2.1. Nguyên tắc tính toán theo độ bền:

7
- Đối với các cấu kiện ch u nén lệch tâm mà trạng thái giới
hạn được đặc trưng b ng sự phá hoại của bê tông ch u nén, thì khi
tính toán không kể đ n sự làm việc của bê tông ch u k o. Độ b n
ch u nén của bê tông được uy ước là ng suất nén của bê tông, có
giá tr b ng Rb và phân bố đ u trên vùng ch u nén của ti t diện - vùng
ch u n n uy ước và sau đây được gọi tắt là vùng ch u nén của bê
tông.
2.1.2.2. Tính toán cấu kiện BTCT chịu nén lệch tâm
- Cấu kiện bê tông ch u nén lệch tâm cần được tính toán theo
đi u kiện:
N ≤ RbAb

(2.5)

Trong đó: Ab là diện tích bê tông vùng ch u n n, được xác
đ nh t đi u kiện trọng tâm vùng ch u nén trùng với điểm đặt của
hợp các ngoại lực.
Đối với cấu kiện có ti t diện chữ nhật, Ab được ác đ nh theo
công th c:


2
Ab = bh 1 


e  
0

h




(2.6)

2.2. Thi t k trụ BTCT th o phương pháp biể đồ tương
tác P-M [12]
Đường cong quan hệ tương tác P-M dựa trên cân b ng tương
thích v bi n dạng với mô hình ng xử giữa vật liệu CFRP và bê
tông b kìm ch bi n dạng n hông. Để đơn giản hóa, đường cong
tương tác P-M là đường gãy khúc đi ua 3 điểm A,B,C.
-Trong đó:
+ Điểm A (nén thuần túy) với bi n dạng giới hạn của bê tông
b kìm ch n hông ccu.


8
+ Điểm B với phân bố bi n dạng tương ng với bi n dạng kéo
của lớp cốt thép dọc gần b mặt ch u kéo b ng không và bi n dạng
nén trong bê tông

thớ ch u nén bất lợi nhất b ng ccu.

+ Điểm C với phân bố bi n dạng nén trong bê tông

thớ ch u

nén bất lợi nhất b ng ccuvà ng suất kéo của lớp cốt thép dọc gần b
mặt ch u kéo b ng sy.
Biểu đồ tương tác thường có dạng 3 trục, thể hiện các giá tr
lực dọc Nx, Mx, My. Khả năng ch u lực của một cấu kiện ch u nén uốn
lệch tâm được biểu th thông qua mặt cong của biểu đồ tương
tác.Mặt cong này giới hạn phần không gian mà n u tất cả điểm biểu
diễn nội lực của ti t diện n m trong đó thì có thể k t luận ti t diện
đảm bảo khả năng ch u lực.

Hình 2.4. Biểu đồ tương tác
2.3. Phân tích sức kháng trụ bằng các phần mềm phân tích
2.3.1. Phần mềm CSiCOL
2.3.1.1. Giới thiệu về Phần mềm CSiCOL [11]
CSiCOL là một gói phần m m toàn diện được sử dụng để
phân t ch và thi t k các trụ. Thi t k CSiCOL cung cấp công cụ
' uick D sign Wizard' để hướng dẫn người d ng t ng bước, thông
ua toàn bộ uá trình của trụ thi t k . T nh toán và kiểm tra s c
kháng của trụ.
2.3.2. Phần mềm ATENNA


9
2.3.2.1. Giới thiệu về phần mềm ATENA [9,10]
ATENA là phần m m phân tích phi tuy n PTHH do công ty
Cervenka của Tiệp phát triển bắt đầu t năm 1992. Phần m m này
chuyên dụng cho k t cấu bê tông cốt thép. ATENA có khả năng phân
tích ng xử thật của bê tông và bê tông cốt thép bao gồm sự phát
triển n t, sự phá hoại do bê tông và sự chảy dẻo của thép.
2.4. Ví dụ số thi t k trụ BTCT chưa gia cường và gia
cường CFRP

2.4.1. Các thông số kỹ thuật
Thông số kỹ thuật của trụ cần gia cường:
- Chi u dài mặt cắt ti n diện trụ: h=200mm
- Chi u rộng mặt cắt ti t diện trụ: b=200mm
- Cường độ n n của b tông: fc’=22 Mpa
- Giới hạn chảy của cốt th p thường: fy=300 Mpa
- Đường k nh cốt th p: Ds=14mm
- Modun đàn hồi của cốt th p thường: Es=200000Mpa
- Cốt đai thường: Ds=6mm
Các thông số của vật liệu CFRP
- B dày danh đ nh của lớp: tf =0.222mm
- Cường độ ch u k o tới hạn: ffu= 1242 Mpa
- Bi n dạng n t của CFRP: εfu’=0,01248mm/mm
- Modun đàn hồi: Ef =103.000Mpa
- Hệ số tri t giảm môi trường: Ce=0.95
- Hệ số chi t giảm với vật liệu CFRP: Ψf=0.95
- Bán k nh đường bi n của mặt cắt lăng trụ bọc CFRP:
rc=20mm
2.4.2. Tính toán cho trụ
ng (n=0)
- T nh toán đường cong giữa 3 điểm A, B, C cho trụ chưa gia
cường:


10
2.4.3. Tính toán cho trụ
ng 1 lớp CFRP (n=1)
- T nh toán đường cong giữa 3 điểm A,B và C cho trụ đã được
tăng cường (n=1 lớp)
2.4.4. So sánh biể đồ củ đ ng 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
2.5. K t luận
- Thực hành thi t k trụ BTCT nén lệch tâm rất ph c tạp, sử
dụng nhi u tiêu chu n như: Ti u chu n Việt Nam, tiêu chu n ACI,
AASHTO để tính toán lý thuy t.


11
- Nghiên c u tìm hiểu ng xử của trụ BTCT được gia cường
vải sợi CFRP dính bám ngoài mô phỏng trên phần m m PTHH
ATENA (phần m m được phát triển b i C rvanka Consulting để
phân tích phi tuy n v k t cấu bê tông cốt thép) và thực nghiệm nén
lệch tâm trụ BTCT được gia cường vải sợi CFRP dính bám ngoài.

Kiểm ch ng các ng xử như bi n dạng, độ m rộng v t n t và
chuyển v của trụ.
- Sử dụng các phần m m ng dụng CSICOL9 là phần m m
thực hành rất thuận lợi nhanh chóng thi t k và kiểm tra s c kháng
của trụ khi chưa gia cường và có gia cường CFRP.


12
C ƯƠNG 3
T
C NG
Đ ĐẠC NG
TR BTCT VÀ TR
BTCT G CƯỜNG C RP C ỊU NÉN L CH TÂM
3.1. Thi t k chương t ình thực nghiệm:
3.1.1. Các yêu cầ ơ
để thiết kế ă
ng kh ă
chịu l c cho trụ BTCT
3.1.2. Các gi định trong thiết kế h ă
ng kh ă
chịu l c cho trụ bê tông cốt thép s dụng vật li u CFRP
3.1.3. Mục tiêu th c nghi m
- Nghiên c u ng xử trụ BTCT không gia cường và có gia
cường CFRP ch u nén lệch tâm
- So sánh s c kháng trụ BTCT có và không có CFRP nh m
đánh giá được tác dụng của việc gia cường b ng CFRP.
3.1.4. C ơ
c nghi m
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.
- ơ đồ bảng vẽ thi t k .

Hình 3.2. Sơ đồ thực hiện nén trụ
- Thông số của vật liệu ch tạo (như phần ví dụ tính toán lý
thuy t)


13
- Thi t bị đo gồm:
Máy t nh, đầu đọc và chương trình Lapvi w; Loadcell 50T; +
LVDT gắn tại H/3 d ng đo chuyển v trụ với sai số 0.01mm.
+ ST1: Đặt vùng ch u k o, đo bi n dạng ngang
+ ST2: Đặt vùng ch u k o, đo bi n dạng đ ng
+ ST3: Đặt vùng ch u n n, đo bi n dạng ngang
+ ST4: Đặt vùng ch u n n, đo bi n dạng đ ng
3.2. Trình tự thực hiện và nội d ng đo đạc:
3.3. K t quả thực nghiệm:
3.3.1. Kết qu giữa t i trọng phá hủy và chuyển vị ngang tối
đ ủa trụ BTCT
ó
ng CFRP
Bảng 3.1. Kết quả tải trọng phá hủy và chuyển vị ngang tối đa
Tải trọng phá hủy
(KN)

Chuyển v 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

Tên trụ

3.3.2. Kết qu mối quan h giữa l c, biến dạng, chuyển vị
của trụ BTCT
ng
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


CHUYỆN VỊ (mm)

14
2
1.5
1
0.5
0
0

200

400

TẢI TRỌNG (KN)

Cột BTCT1

600

800

Côt BTCT2

Hình 3.7. Quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị của trụ BTCT 1 và

BTCT 2

(µ)

20
0

Strain 1

0

200

-20

400

600

800

TẢI TRỌNG (KN)
Cột BTCT1

cột BTCT 2

Hình 3.8. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng strain 1 trên trụ
BTCT1 và BTCT2
Strain 2 (µ)

100
50
0
0

200
Cột BTCT1

400
cột BTCT 2

600

800

TẢI TRỌNG (KN)

Strain 3 (µ)

Hình 3.9. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng strain 2 trên trụ
BTCT1 và BTCT2
500
0

-500

0

100

200

300

400

500

600

700

TẢI TRỌNG (KN)
Cột BTCT1

cột BTCT 2


15
Hình 3.10. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng strain 3 trên trụ
BTCT
Strain 4 (µ)

0
0

100

200

300

400

500

600

700

-2000
Cột BTCT1 TẢI TRỌNG (KN)cột BTCT 2

Hình 3.11. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng strain 4 trên trụ
BTCT1 và BTCT2
3.3.3. Kết qu mối quan h giữa l c và biến dạng, chuyển vị
của trụ BTCT
ng 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
CHUYỂN VỊ
(mm)

2
1.5
1
0.5
0

0

100 200
Cột CFRP 1

300

400 500 600 700 800
Cột CFRP2 TẢI TRỌNG (KN)

Strain 2 (µ)

Hình 3.12. Quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị trụ BTCT CFRP 1 và
CFRP2
0

0

200

400

600

800

1000

-200

TẢI TRỌNG (KN)
Côt BTCT CFRP1

Cột BTCT CRFP 2

Hình 3.13. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng strain 2 trên trụ


16
CFRP1 và CFRP2
Strain 3 (µ)

200
100
0
0

200

400

600

800

1000

TẢI TRỌNG (KN)
Côt BTCT CFRP1

Cột BTCT CRFP 2

Hình 3.14. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng strain 3 trên trụ
CFRP1 và CFRP2
Strain 4
(µ)

0

0

200

400

600

800

1000

-1000

TẢI TRỌNG (KN)

Côt BTCT CFRP1

Cột BTCT CRFP 2

Hình 3.15. Quan hệ giữa tải trọng và biến dạng strain 4 trên trụ

CFRP1 và CFRP2
3.4. K t quả phân tích bằng phần mềm ATENA và
CSICOL9
3.4.1. Phần mềm ATENA
CRACK (mm)

0,002
0,001
0,001
0,000
0

200

400

600

800

TẢI TRỌNG (KN)
Cột BTCT1,2

Côt BTCT CFRP 1,2

Hình 3.16. Quan hệ tải trọng- độ mở rộng vết nứt trong ATENA


17
3.4.2. Phần mềm CSICOL9 vẽ biể đồ ơ

á P-M
3.4.2.1. Biểu đồ tương tác P-M khi trụ BTCT chưa gia cường

3.4.2.2. Biểu đồ tương tác P-M khi trụ BTCT gia cường
CFRP

3.4.2.3. So sánh l c tác dụng khi trụ BTCT
và trụ BTCT
ng CFRP
3.5. So sánh k t quả thực nghiệm-phân tích:
3.5.1. L c tác dụng
Bảng 3.8. Bảng so sánh lực tác dụng
P(KN)

L thuy t
Thực
nghiệm

T ụ BTCT

T ụ BTCT gia
cường C RP

T ụ1

T ụ2

T ụ1

T ụ2

590

590

629,3

629,3

600,78

540,3

726,43

752,1

ng

Ghi chú
Th o k t uả t nh toán
l thuy t P-M)
Lấy chỉ số ch yển vị
0,98mm làm m c so


18
P(KN)

T ụ BTCT gia

cường C RP

T ụ BTCT
T ụ1

T ụ2

T ụ1

Ghi chú

T ụ2
sánh
Lấy chỉ số v t nứt

ATENA

260

260

620

0,38mm làm m c so

620

sánh
Lấy lực phá hủy
CSICOL

9

600

600

750

750

P=61,202 làm m c so
sánh, ác đ nh M tra
tr n 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 % t ng bình của T ụ BTCT gia
cường C RP tăng o với T ụ BTCT
(%)

L thuy t

6,6

Thực nghiệm

29,57

ATENA

138

CSICOL 9

25


19

CRACK (mm)

3.5.2. So sánh giữa th c nghi m và mô hình ATENA
3.5.2.1. Quan hệ giữa tải trọng và độ mở rộng vết nứt
2.000
1.000
0.000

0

200

Cột BTCT1,2

400

600

800

1000

TẢI TRỌNG (KN)

Côt BTCT CFRP 1,2

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:
CHUYỆN VỊ
(mm)

2

0
0

200
Cột BTCT1

400
atena

600

800

TẢI TRỌNG (KN)
Côt BTCT2

CHUYỆN VỊ (mm)

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
1.5
1

0.5
0
0

200

400

600

800

Cột BTCT1 TẢI TRỌNG
atena (KN) Côt BTCT2

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

20

CHUYỂN VỊ (mm)

3.5.3. Biể đồ so sánh kết qu giữa trụ BTCT và trụ BTCT
ng CFRP
3.5.3.1. So sánh quan hệ giữa tải trọng và chuyển vị
2

0
0

200

400

Cột BTCT1

600

800

TẢI TRỌNG (KN)

1000

cột BTCT 2

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.

Strain 2
(µ)

100

0
0

100
Cột BTCT1

200

300
400
cột BTCT 2

500

600

700

TẢI TRỌNG (KN)

Strain 2 (µ)

Hình 3.21. Biểu đồ so sánh quan hệ giữa tải trọng và biến dạng của
strain 2 của trụ BTCT
0
0

200

400

600

800

1000

-100
-200

TẢI TRỌNG (KN)
Côt BTCT CFRP1

Cột BTCT CRFP 2

Hình 3.22. Biểu đồ so sánh quan hệ giữa tải trọng và biến dạng của
strain 2 của trụ BTCT CFRP


21

Strain 3 (µ)

500
0
0

200

400

600

800

1000

-500

TẢI TRỌNG (KN)
Cột BTCT1

cột BTCT 2

Strain 4 (µ)

Hình 3.23. Biểu đồ so sánh quan hệ giữa tải trọng và biến dạng của
strain 3 của trụ BTCT và BTCT CFRP
0
0

200

400

600

800

1000

-2000

TẢI TRỌNG (KN)
Cột BTCT1

cột BTCT 2

Hình 3.24. Biểu đồ so sánh quan hệ giữa tải trọng và biến dạng của
strain 4 của trụ BTCT và BTCT CFRP
- T những k t quả phân tích trên, việc gia cường vải sợi
CFRP dính bám ngoài cho trụ BTCT có nghĩa v mặt cường độ,
tăng s c kháng của trụ, s c kháng trụ tăng.
- Hạn ch v t n t trong trụ khi ch u nén lệch tâm.
- Ít ảnh hư ng đ n chuyển v ngang của trụ khi ch u lực nén
lệch tâm.
3.6. K t luận
- Việc áp dụng phương pháp gia cường cho k t cấu trụ BTCT
b ng vải sợi CFRP d nh bám ngoài làm gia tăng s c kháng nén uốn
khá lớn. Với mô hình trụ BTCT thực t trong đ tài này s c kháng
nén lệch tâm tăng với 1 lớp CFRP dày 0.22 mm.

22
- Khả năng làm việc của trụ được gia cường vải sợi CFRP phụ
thuộc vào độ dính bám của b mặt bê tông và vải sợi CFRP nên quá
trình thi công sẽ ảnh hư ng đ n giá tr s c kháng thực t của trụ.
- K t quả thực nghiệm và phân tích lý thuy t th o các phương
pháp khác nhau đ u cho thấy cả s c kháng nén lệch tâm và độ c ng
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 s c kháng nén lệch tâm theo thực nghiệm 29.57%. K t quả
phân tích s c kháng nén theo các phần m m chênh lệch nhau khá
nhi u.


23
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. K t l ận:
Nội dung thực hiện luận văn “
ụ BTCT
á
ố
” với
phạm vi nghi n c u trụ BTCT ch u n n lệch tâm, luận văn thu được
k t uả như sau:
- Khi cần thi t gia tăng s c kháng n n-uốn của trụ BTCT thì
sử dụng giải pháp dán vải CFRP b ng k o po y chuy n dụng là giải
pháp thi công dể dàng và hiệu uả.
- K t uả t nh toán s c kháng n n lệch tâm trụ gia cường
CFRP th o phương pháp ACI318, TCVN 5574-2012 đ u cao hơn trụ
chưa gia cường 6.6%.

- K t uả thực nghiệm n n lệch tâm trụ BTCT 20 20 cm gia
cường 1 lớp vải sợi CFRP dày 0.22mm cho thấy s c kháng n n lệch
tâm tăng 29.57%, chuyển v ngang cột chưa gia cường cấp tải trọng
phá hủy P=610 KN là 1.16 mm. Chuyển v ngang cột CFRP cấp tải
P=610 KN là 0.771 mm. Như vậy, chuyển v của cột có dán CFRP
giảm 33.5%.
- T các biểu đồ uan hệ lực n n -bi n dạng lực n n-chuyển
v ngang cho thấy trụ CFRP có ng ử tuy n t nh uan hệ gần
đường thẳng hơn so với trụ BTCT không gia cường CFRP các cấp
lực càng lớn.
- K t uả phân t ch s c kháng n n lệch tâm t phần m m
CSICOL9 và ANTENA khác nhau khá nhi u là do phương pháp t nh
hai phần m m này khác nhau. CSICOL9 ác đ nh s c kháng cực hạn
th o phương pháp biểu đồ tương tác P-M của ACI, ATENA phân
tích phi tuy n k t cấu BTCT th o phương pháp PTHH n n ng ử
th o ATENA phụ thuộc rất nhi u thông số vật liệu của mô hình và
đi u kiện bi n bài toán.